带有统计可重复的响应时间的多功能半导体制造控制器

具体实施方式

参照附图，做出下面详细的描述。描述优选实施例以图解本发明，但不限制其范围，其范围由权利要求定义。本领域的技术人员将识别出关于下面描述的多种等价变体。

介绍

在历史上，在工厂中，主机系统在大型机(main frame)、小型计算机或工作站上运行。主机系统一般是单片的，控制并监视在工厂中的全部或很多组工具。主机系统依靠适配器来与工具和传感器对接。主机系统一般从工具和传感器接收数据并向工具发布控制指令。主机系统通常接收并产生大量串行通信消息。

以广义使用术语工具主机，来包括工具控制主机和更有限的或弹性的分布式处理器。工具主机包括带有全面的、集成工具控制功能的主机和在带有更有限的特定任务功能的分布式处理器上运行的主机。工具主机包括诸如Consilium的FAB300(注册商标)软件之类的产品，将其描述为提供由用户定制(customer-specific)的商业处理的集中定义而驱动的单个的全面的工厂管理系统。设计该种类的工具主机，来代替传统制造执行系统，其被设计为控制由不同供货商提供的工具。在来自传统制造执行系统的工具主机领域的相反端，元件处理可以在分布式处理器上运行以处理多种特定功能，而不用声明是全面的管理系统。沿着该领域，对于某些目的可以将诸如Consilium的FAB300(注册商标)软件之类的产品看作工具控制主机，而对于其他目的可以将其看作在分布式处理器上运行的处理。

过程I/O控制器

在此所公开的方法利用过程I/O控制器。过程I/O控制器发送并接收控制处理室或其他半导体制造处理装置的信号。

过程I/O控制器将从传感器收集的数据传送到数据用户。数据用户可以是在大型机上运行的传统工具主机，或者可以是在分布式处理器上运行的更新的软件。数据用户可以是单片系统或独立地或合作地操作的联合组件(federated package)。过程I/O控制器还可以监视来自传感器的数据，识别感兴趣的事件，并响应于所监视的数据进一步请求已经收集的数据或改变传感器的收集方案。

一个操作环境

图1图解在其中本发明的各方面特别有用的环境。其图解了处理室125、多个向处理室的输入和来自处理室的输出、加传感器(plus sensor)、控制信道和控制器。室125可以用于诸如沉积、清洁、蚀刻、植入(implantation)、灰化(ashing)之类的各种反应。没有通过该图图解的其他类型的工具也可以从本发明的各方面中受益。

经由因特网、虚拟专用网(private network)或广域网112潜在地可访问的工厂网111，已经控制通过控制器、防火墙或其他连接器162到工具网络112的访问。在该图中示出了工具网络连接影响(impact)处理室125形成环路(ring)的控制器和传感器。本领域的技术人员将理解，该架构仅仅是说明性的；串行通信、以太网或分层(tiered)通信比环路更有可能用在工厂中。

向反应室125的气体输入包括通过气体箱压力换能器(transducer)113和质量流量控制器(mass flow controller，MFC)114的气体。一些气体可以经过臭氧发生器133。其他气体和气体混合物可以经过反应气体发生器115和气体成分监视器117。反应气体发生器115可以在处理室125内部或在其外部产生等离子体。气体成分监视器117可以与反应气体发生器串联或并联。质量流量控制器114与反应气体发生器115和气体成分监视器117进行气体通信，并且最终或直接与处理室125进行气体连通。气体输入装置113、114、133、115和117与一个或多个数字控制器142、室控制器152和连接点162进行连通。该连通类型包括控制和遥测。这些装置可以包括响应于装置的操作或气体输入和/或输出的控制器和传感器。

其他输入可以包括材料传送系统134、冷却子系统145和各种功率注入器153、154和155。反应室125可以是沉积室、刻蚀器、热处理器或其他类型的反应器。其可以是连接到几个反应室的自动处理单元。根据反应室的类型，材料传送系统134可以例如提供在工厂件136上用于沉积的材料。由于大多数化学反应将以敏感于温度的速度进行，所以冷却子系统145可以有助于调节室125内的温度。提供到室的电源可以包括微瓦特电源153、用于产生等离子体的RF电源154和用于产生等离子并加热室或向室提供的气体或其他材料的DC电源155。像气体输入之类的其他输入与一个或多个数字控制器142、室控制器152和连接点162进行通信。该通信类型包括控制和遥测。这些装置可以包括响应于控制装置的操作或感测它们的输入和/或输出的控制器和传感器。

传感器可以响应于室条件或作用于来自室的排出物(exhaust)。响应于室条件的传感器可以包括：晶片(wafer)监视器116，其通过窗口126看到室125中以查看薄膜厚度、图案和其他特性(如EPI-在线(注册商标))；诸如带有干扰滤波器或干涉仪之类的发光监视器之类的处理监视器127，用于蚀刻处理控制；和压力换能器137。作用于来自室125的排出物的传感器包括：泄漏检测器146、真空计157和排出物监视器158。这些传感器可以与压力控制器148和控制阀147，以及与真空元件和/或子系统156进行交互。它们还可以与泵和/或排气气体涤气器(exhaust gas scrubber)(其不在图中出现)进行交互。这些传感器与数字控制器142、室控制器152和连接点162中的一个或多个通信。该通信类型包括控制和遥测。与传感器通信的装置(如147、148和156)可以包括控制器和传感器。

监视和控制系统的所期望的特征是其决定性(determinism)，即在预定截止线之内开始或完成每一个命令的信心。考虑开始和完成两者，这是因为一些命令可能需要充分的时间去完成，如五分钟内每100毫秒收集样本。将决定性量化为在特定响应时间内开始或完成命令的概率。为测试决定性，将练习至少一百万条命令，并且将它们的实际响应时间整理到柱状图表中。期望至少99％的命令的响应时间落在所要求的截止线之内。此外，对于在专用网上连续运行几个小时的测试，在专用测试起始器(initiator)(运行控制部分的计算机)上，期望命令在特定时间(如5、3或1毫秒)内执行的概率达到尽可能多的“九”，但是至少99.99％，即允许10,000条命令中的一条延迟超过特定响应时间，或根本不被执行。

任何通信技术都具有固有的讹误或不向其目的地发送数字信息的能力。这是由于在模拟(电的)和数字域中的几个现象而引起的。结果，100％的决定性是不能实现的理想，并且通过它们可以多么接近理想来评估实现。这些准则可以表示为所谓的“九”或表示为三-西格玛或五-西格玛性能。西格玛表示标准差，其是统计量度。

图2A-B图解作为分布的性能和变化统计量。通过曲线210图解一端(one-tailed)分布。设置性能准则，如三(3σ)或五(5σ)西格玛或∝＝.01(两个九)或∝＝.0001(四个九)，由截止线211所示。如果，例如，99％的实际响应时间落在截止线211的左侧，则响应时间的分布满足准则。由曲线220图解两端(two tailed)分布。设置容限准则，如三(3σ)或五(5σ)西格玛或∝＝.01(两个九)或∝＝.0001(四个九)，由在目标时间233的侧面的截止线222、224所示。如果，例如，实际和目标时间之间的差异的99％落在截止线222和224之间，则自目标时间的变化的分布满足准则。当所示分布是正常分布时，采用标准统计或非参数准则可以测量包括偏斜(skewed)分布的其他分布。可以将这些准则应用到间隔足够距离以至它们不使系统过载的激励(stimulus)。例如，当使用至少20毫秒间隔接收这样的命令时，为每一条I/O命令，已经将过程I/O控制器的卡盒(card cage)实施例进行测量以在5毫秒内执行。该响应时间的限制因素是在卡盒机壳(chassis)中使用的串行CANbus背板和在所支持的I/O卡中内部使用的其他串行协议。预计对于每一条I/O命令，常规的集成处理装置将在3毫秒之下或1毫秒之下执行命令，而没有命令频率的限制。

根据经验，已经确定使用卡盒机壳可以降低抖动，并且性能可以增加到满足5毫秒准则。为满足更精确的容限，如3毫秒或1毫秒，需要如下所述的更加集成和定制的硬件配置。

控制器布置和架构

图3是与工具、传感器和工具主机或中央、主控制器连接的通信协调器(coordinator)的框图。该协调器的配置包括两个SEC/GEM接口端口312、316和两个网络接口端口332、336。控制器包括逻辑和资源来经由包括SECSMUX 315的SECS协议通信。它进一步包括实现用于与数据用户通信的工厂侧接口334和用于与工具、传感器和器械通信的工具侧接口335的逻辑和资源。SECS MUX 315和接口334、335逻辑地与数据收集和公开(publishing)资源325连接。在通信协调器的工厂侧，传统工具主机311可以经由符合SECS的通信信道(SECS-I、HSMS或后续修改版(revision)或SECS的后继与312连接。在可以应用本发明的非工厂环境中，可以使用其他协议来与如治疗工具或数控机器工具的正在被监视的工具连接。它也可以经由与SECS不同的、由网络322承载的工厂侧协议连接至存储器331和报告321资源。在通信协调器的工具和传感器侧，到工具或工具群(cluster)的SEC/GEM工具接口317可以连接316。控制器也可以被连接336至网络326，网络326容纳主机传感器327、器械337和其他装置，潜在地包括工具317。虽然该图图解经由网络与传感器连接的控制器，但是可以替代地使用SECS-I或另一个、基于串行的协议来与传感器连接。介绍图3，可以引入过程I/O控制器来处理工具接口316和器械接口336。过程I/O控制器可以替代通信协调器。

图4是使用单一类型的通信信道来与工具、传感器和工具主机通信的通信协调器框图。图5图解使用多种类型的通信信道。在图4中，图解了SECS主导的情形。通信协调器403使用SECS协议407、409来与工具401和传感器402通信。在工具401和传感器402之间的连接408可以涉及正常感测的任意类型的能量或力度，包括图1的讨论中所识别的任意感测。在图5中，图解了SECS和网络通信的更加复杂的组合。在该情形中仅有的SECS通信信道407是在通信协调器403和主机401之间。工具侧网络509连接通信协调器和传感器402A-B、受管理的开关513和网络附连存储器(NetworkAttached Storage，NAS)515。工厂侧网络519与通信协调器403和诸如传统工具主机或分布式处理器之类的分析软件523连接，并与诸如因特网、VPN或专用内部网之类的扩展网络525、以及保存或存储由通信协调器所公布的数据的数据库527连接。替代地，数据库527可以存在于通信协调程序403上。在下面的部分中描述替代的物理实现。在图4中，可以在通信协调器403和工具和传感器407、409之间引入过程I/O控制器，留下通信协调器来处理SECS协议消息。在图5中，可以在通信协调程序403和工具和传感器401、402之间引入过程I/O控制器。替代地，消除SECS协议、受管理的开关513和NAS 515，过程I/O控制器可以替代通信协调器403。

卡盒实施例

第一过程I/O控制器实现是基于在先前产品中使用的3U“欧洲卡(EuroCard)”形式因素。它重新利用了现存的离散和模拟I/O卡，其已经被修改为在CANbus上使用简化的高性能协议。添加附加的3U卡，其实现两个以太网端口(与层2开关结构互连)，并支持过程I/O控制器软件元件。在一个实施例中，它在CANbus上使用特有协议来访问实际的I/O点。该实现是模块化的，并且在单个卡盒中支持高达16个I/O卡。系统自动地检测在每一个可用卡插槽中哪个I/O卡被安装，并配置所有软件元件(控制和数据收集)来反映自动检测到的配置。

图6是过程I/O控制器物理架构的高级框图。在该实施例中，SCAN总线621将卡盒中的卡与接口控制器631连接。接口控制器可以是带有MotorolaColdfire 32位处理器、因特网连通性(前端642和后端643)、一个或多个带有RS232和RS 485支持之间的软件选择的UART和内部CAN总线控制器的Netcom卡，用于即插即用I/O。可以在控制功能和其他功能之间优先排序以太网连接器。卡可以包括互锁卡611，如MKS器械CDN497-C-E，配置为双插槽，带有36-68中继(relay)和8-32 DIDO信道。有源互锁可以通过互锁卡上的状态灯来指示。它们可以包括数字I/O 612和模拟I/O 613卡，如带有48个入/出点的MKS器械CDN491-C-E，使用有源低信号在24v操作，以及带有耦合到12位转换器的32个模拟输入和16个模拟输出的MKS器械CDN496-C-E。

该模块化设计最适用于低容量应用。它通过重新利用现存的IO卡并仅要求定制的机壳和分布面板的开发作为每个应用要求，从而节省了开发成本。在每个单元价格的基础上，模块化设计比完全定制单片实现更加昂贵。然而，它不提供所期望的快速响应时间和窄容限。

定制、单片电路实施例

当以容量、定制版本提供时，远程I/O单元可以被更有竞争性的定价。模块性的消除将极大地降低硬件元件成本。从卡盒实施例中，可以习得串行背板(基于CANbus)对性能具有消极的影响。由于该原因，所有I/O信号可以经由并行背板、数据总线连接到处理器，用于改善性能。

单个固件，多个硬件

硬件模块性(卡、插槽、连接器)的消除不需要消除逻辑模块性。通过将所有I/O聚合为与“逻辑卡”类似的装置，可以使主控制器固件动态地发现在硬件中存在的I/O信号的类型和数量，并执行根据该配置映射的所有软件对象。这产生将能够运行不同硬件实施例的固件的单一版本。新特征和错误修复可以在许多其他逻辑相似但物理不同的单元上获得，降低了成本。

图7是带有MODBUS/TCP接口的I/O和COM架构的框图。实时控制器711与I/O驱动器731耦合(如经由SCAN总线)，与MODBUS TCP驱动器733、数据日志记录器(logger)712和诊断器713耦合。I/O驱动器731可以与诸如CAN I/O信道之类的I/O信道741耦合。将在该图中所示的任务分配更高优先级用于确定的操作，使用带有基于先占优先级的调度的实时嵌入式操作系统，将其他任务留在低优先级，并将剩余处理资源用于耗时但非重要的处理任务。任务713、724和734是带有繁重处理需求的低优先级任务。数据日志记录器与数据收集723和用户接口724耦合。数据收集和用户接口都是通过TCP/IP 743和以太网753上的HTTP服务器734能够访问的。数据日志记录器712还与可以经由网关732和UART 742或经由TCP/IP 743和以太网753来与携带消息的MODBUS TCP 733资源耦合。

公共特征

硬件实施例可以使用实际标准MODBUS TCP来提供对I/O信号的访问。替代地，可以使用更精减的(leaner)UDP协议上的MODBUS的专有实现，其中要求略微更快的响应时间。MODBUS的选择使得过程I/O控制器能够快速且便宜地集成到新的以及现有的半导体制造过程控制设备，这是因为MODBUS规范是公开的和免费获得的。一些MODBUS实现是可作为控制软件集成的参考代码而获得。

图8是将过程I/O控制器820、830与工具主机810相关联的高级框图。工具主机810包括控制程序811、MODBUS/TCP主应用程序接口812和万维网浏览器813。过程I/O控制器820包括MODBUS/TCP接口821和万维网服务器822。MODBUS/TCP接口控制JavaScript例程823的载入和执行，并提供对I/O接口插脚825的直接访问。万维网服务器822提供对数据收集824的访问。附加的过程I/O控制器830具有与820相同的能力。经由以太网815的通信可以将工具主机连接到过程I/O控制器或可以互连过程I/O控制器820、830。

过程I/O控制器实施例使用有效和确定的嵌入式实时软件平台来有效地超越包括DeviceNet的常规工业网络的性能和决定性，由此降低迁移控制系统时涉及的风险。下面是MODBUS远程I/O控制的这些过程I/O控制器实现所提供的一些特征。

在最低级，设计某些特定应用的中继器电路或互锁来防止处理机器进入潜在的危险状态。这种方法已经传统地用作任何半导体处理控制应用的一部分，并且是要求定制建造的处理控制特定I/O子系统设计的主要因素之一。这些互锁保护逻辑软件错误或可能触发气体和/或能量级的潜在危险组合的任何其他不能预见的事件。一些过程I/O控制器实施例产品将包括定制或半定制中继器或互锁电路，和允许通过网络连接监视这些中继器的附加电子装置。

在第二级，针对其嵌入固件的故障内部保护控制器I/O装置使其嵌入固件不会失败。I/O信号是通过可编程逻辑阵列(如CPLD)硬件控制的，如果过程I/O控制器固件没能在预定时间间隔向I/O电路提供“心跳”脉冲，则其将关闭所有离散输出。类似地，如果固件出现故障，则将模拟输出重置为0伏特电平。这些输出状态、离散输出的关闭状态和模拟的0伏特已经被传统地指定为在半导体处理设备控制系统中安全的输出状态。

在最高级，只要过程I/O控制器保持继续以预定的规则的(regular)频率发布MODBUS命令，则固件特征维持输出有效(active)并保持心跳脉冲。如果运行处理控制逻辑的主计算机应该发生故障，则过程I/O控制器固件将立即将所有输出转换到安全状态，直到工具主机恢复操作为止。该特征可以在过程I/O控制器产品中通过将其操作模式切换到诊断模式来潜在地禁止该特征。在选择诊断模式或任何更高级的调试操作模式的任何时候，过程I/O控制器单元将通过在其正面面板上减缓黄色或棕黄色状态灯(而不是正常的绿色指示器)来清楚地进行指示。

诊断工具

这些过程I/O控制器提供远程I/O单元的万维网接口。配备有因特网浏览器的个人计算机可以用于为了各种需求而直接访问I/O单元用户接口。该用户万维网接口是除了由过程I/O控制器提供的正常MODBUS控制服务之外的，并且在处理设备的开发、制造和维护期间可以使用。在开发期间，嵌入式万维网用户接口允许工程师建造并测试其处理设备，而不需要等到完全开发并测试了特定应用软件。

万维网接口去除了对处理控制软件的需求以显露低级诊断接口并允许技术员在最低级监视输入和练习输出。可以使用万维网诊断接口满足制造测试需求。对于维护故障检修同样也可是同样——不需要特殊的软件或硬件工具；个人计算机可以用于经由以太网端口连接到I/O单元。此外，由于用于诊断程序的万维网接口是非常直观的并且可以在实际上不进行特殊练习的情况下使用，所以现场人员的培训需求将大大降低。然而诊断可能不时与安全要求冲突。因此，当I/O单元处于生产模式时，将诊断万维网接口降低到只监视模式。

当在生产模式中时，过程I/O控制器固件使能安全看门狗，只要工具主机有效，则安全看门狗保持输出有效，处理I/O控制起将不维持对工具主机或主或中央控制器的输出状态的排它控制，并将通过在正面面板上闪烁绿色状态指示器来指示该状态。但是当过程I/O控制器固件被切换(如通过循环(rotory)切换)到诊断模式时，将消除(defeat)安全看门狗，由此除去对工具主机的需求，而且安全看门狗将通过万维网用户接口来允许输出的控制，并使用闪烁棕黄色状态灯来指示该状态。

双特性——远程I/O和数据收集

为了处理默认检测和高级处理控制的目的，过程I/O控制器产品架构的部分是用于数据收集和分析的MKS器械TOOLweb^TM框架的支持。TOOLweb的成功利用了可以为尽可能多的处理变量收集的高质量数据。数据收集代理(agent)的过程I/O控制器的实现与TOOLweb ToolSide协议组合，实际上使其所有I/O信号对于高频的收集都是可用的。因此，体现所描述特征的过程I/O控制器产生了用于所关注的处理的TOOLweb数据收集和全面分析的机会。

经验已经证明，当前处理控制软件数据收集实现经常缺少由复杂数学模型方法需要的质量和吞吐量。当前控制软件试图主要控制处理，因此对控制不重要的任何事项要被放在实施者的优先级列表上较低的位置，并且，如果被实现，其一般是不够的。

采样

监视半导体制造过程的传感器用于控制处理，并在指定的容限内维持某些重要(critical)处理参数。另外，在完成晶片之后，为了缺陷分析而收集、存储和分析数据变得更加流行。收集并存储从与处理室连接的传感器的读数用于离线分析，其目的是关联各种数据源以发现处理故障的根源原因或预测在处理设备上要求的预防性维护。传感器典型地包括各种气体压力传感器、温度换能器、质量流量控制器、RF和DC电源以及能量传输仪器等。

所收集的数据应该具有使能后续数学或统计分析的质量。测量仪器应该产生所关注的物理量的精确的数字读出。应该在明显小于处理量的改变的任何所期望速率的间隔上获得测量样本，使得改变的速率或改变的速率或模式的任何其他异常可以由任何所使用的分析方法容易地描述。应该在指定且统计可重复的间隔上取得样本。

当仪器进行每一个测量时的瞬间应该以值记录，或至少记录采样时间可以从中得到的样本数量。所收集数据的这种时间戳(time stamp)可以与其值一样重要，特别是如果在样本的定时存在抖动的话。所记录的或所得到的熔丝(fuse)至少应该与测量一样准确，否则，计算变量的导数是不实际的。物理测量的导数反映给定测量的改变速率或“斜率”，并且可以在检测各种处理异常中起到关键的作用，或有效地预见预防性维护的需要。例如，在室加热阶段期间，温度导数的逐渐下降(其中所述温度斜率是正的)，指示加热源的逐渐疲劳，并且任何在该量中任何明显的突降都是所用的加热源之一已经发生故障的可靠标记。冷却(其中温度导数是负的)，该量针对先前运行的下降可能表示冷却处理非常迅速，其可能增加在所处理的材料(即硅片)中的晶体结构应力。

来自数据获取的控制的分离

在考虑使用高级数据收集的情况下正在开发的传感器和材料发送控制器，其中严格优先排序资源使用，使得控制优先于数据收集，而不对所收集的数据的质量有消极影响。涉及带有先占调度的实时操作系统，其负责保证对控制命令和测量查询的统计可重复的响应，同时留下数据收集任务并进行报告来使用剩余的资源。

由于控制和数据收集的要求，所以对于这两项活动使用不同的协议可能是有益的。当控制着重于确定响应时间和效率时，数据收集看重低复杂度和与IT系统和数据库的集成的便利性。不同协议的使用也区分放大两种活动的软件元件。在一些情况中，即使对于这些活动中的每一个使用分离的硬件接口也是合适的，例如，使用DeviceNet或类似接口用于控制，和使用TCP/IP和HTTP万维网技术的IT友好的以太网端口用于数据收集。在其他情况中，可以非常合适地运行MODBUS/TCP用于相同的以太网端口上的控制，该相同的以太网接口也用于HTTP/XML数据收集协议。

收集定时解耦和批量传输

一种数据收集方法是必须配备传感器来保证数据收集的精确定时。向传感器固件引入“数据收集计划”。因此数据收集客户端将需要定义收集计划，这将触发轻型数据收集后台程序(daemon)来在精确的间隔开始采样数据，使用时间戳增大数据样本，并在预定大小的循环缓冲中存储样本。

此后，数据收集客户端将做出周期性的请求，作为资源优先级许可，来取回关于特定收集方案的经缓冲的样本，并典型地接收自从最后数据传送起记录的所有样本。用于数据取回请求的间隔不需要精确或是确定性的，只要在避免循环缓冲溢出的时间间隔做出请求即可。由于数据伴随着时间戳，所以数据取回的任何延迟对所收集的数据的质量没有影响。如果缓冲足够大来保存几秒的样本，则实际可以保证将不丢失数据，除非存在数据收集客户端的或所关注的网络基础设施的严重故障。在收集计划的定义中，数据收集客户端定义何时、及多久收集哪些测量。具有充足资源的传感器可以容纳多个数据客户端和收集计划。

使用序列数可选择地增大数据样本。数据收集客户端使用序列数来避免记录相同的数据样本并检测丢失的数据样本。序列数还支持数据收集服务器的无状态(stateless)实现，允许数据收集客户端跟踪所取回的最后数据样本的序列数，并请求数据以下一序列数开始的数据。众所周知，在存储器和CPU资源的使用中，无状态服务器实现是有效的，并降低了传感器存储数据的资源要求。

实质上，可以批量进行数据样本的传感器缓冲的取回，使得客户端数据请求服务多个数据样本，直到缓冲中样本的最大数。这在多个数据样本上展开了与数据取回请求相关联的开销，使数据收集处理更加带宽有效，并降低了所产生的平均开销。

传感器协议实现

在实现样本缓冲的各种开发阶段中存在几种传感器和材料传送产品。它们使用基于XML的数据模型，在HTTP的无状态的客户端服务器实现上被传送。传感器实现服务器。嵌入式HTTP服务器将用户接口直接提供给用于配置和诊断的仪器。基于XML的命令和响应的指令表(repertoire)允许数据收集客户端自动发现网络上的这些传感器，取回对于收集可获取的测量(即变量)的完整列表，定义特定应用收集方案，并取回经缓冲的数据样本。

这些传感器中的一些使用用于控制的分离接口，其在一些情况中使用分离的物理DeviceNet连接，而其他的共享使用MODBUS/TCP协议的相同的以太网端口。已经证实，HTTP数据收集和用户交互不引起统计可重复的性能或定时的故障。

优先排序

为了实现过程I/O控制器的两种特性——面向硬实时事务的连网的I/O控制和所收集数据的时间弹性公开——这些传感器的特色是高级实时软件基础。在该基础之上，严格注意资源利用和资源分配的有意优先排序而建造两种应用，使得在所允许的性能参数内的数据收集活动不降低MODBUS控制命令性能。此外，实现所收集的数据公开，使得在所期望的MODBUS活动量的情况下，充足的带宽仍然可用于公开所收集数据，而没有数量或质量的损失。

除了优先排序之外，变量样本的总数和收集频率受限，使得当与MODBUS组合时，数据收集活动将不过度运行(overrun)可用资源，引起收集数据损失或引起不能预期的系统行为。

逻辑vs.物理数据

为了控制的目的，过程I/O控制器允许通过连接器管脚号对其I/O的低级访问，并且以简单的二进制形式表示值。期望工具主机执行其自身的连接器管脚号到变量的映射，而CONTROLweb不执行任何翻译，以便保存原始值并最大化性能。

为了分析，另一方面，数据元素应该具有逻辑意义—变量名应该代表实际参数，并且应该缩放类似值并将其偏移至测量的物理单位。对于传感器校准(calibration)应该补偿值，使得由传感器从类似处理室中收集的值将是可比较的。

为了增加连接器管脚的象征性表示，这些过程I/O控制器实现变量映射表，其是可配置的并被存储在非易失性存储器中，该变量映射表将逻辑名和数值调整指定给感兴趣的I/O信号。应该指出，对于一些过程I/O控制器，I/O管脚数超过映射表中的象征性变量数。如果仅可以访问有映射的I/O管脚，则映射表也标识用于数据收集和分析的感兴趣的I/O信号。

过程I/O控制器被配置为用于附连于I/O管脚的传感器和控制器。识别、命名感兴趣的变量，并且当需要时应用数值伸缩偏移，使得所报告的值在测量的标准单位中更加有意义、优选。由于象征性地命名所收集的数据，所以即使当在给定工具设置和仪器的细节不可获得的情况下被离线(offline)或不在现场(offsite)时，也能识别其意义。即使当升级或更新实际工具时，所收集的值也可以在时间上保持它们的意义。

当配置安装在类似的工具上的过程I/O控制器时，通过下载配置到文本文件并上载文本文件到其他过程I/O控制器的能力来简化配置。这些配置文件可以使用标准PC软件工具而被离线编辑，以便可以由不在现场的处理专家来准备配置。

远程I/O智能、脚本

卡底盘(chassis)控制器架构的最初目标是在以太网上使用MODBUS挤压(squeeze)尽可能最快的响应时间，并将控制的重复精确度改进到超过使用较慢的工业总线(如DeviceNet)可实现的精确度。我们知道，在许多情况中，处理精确定时的瓶颈在于工具主机或主控制器本身和用于插入工具主机的操作系统。一些现存的主控制器在50毫秒容限内操作，其他在100毫秒容限内操作。

实际中，这些控制系统非常复杂并且在很长的时间段中频繁地由大型设计团队开发。所使用的开发工具已经仅在一般目的计算平台上可用。这些遗留(legacy)软件系统的布精确性明显归因于其复杂度。

为改进处理精确度而不对每一个处理工具专用工作站，这些过程I/O控制器实现受限但强大的编程环境来控制远程I/O。该编程环境并非旨在取代常规处理控制软件系统，而是通过将具有重要定时要求的处理控制逻辑的那些部分代理给基于实时的处理I/O控制单元来增大它们，该处理I/O控制单元处于工具主机或主控制器的控制之下。

软件或操作者识别很小但重要的处理步骤，并翻译所要求的监视并反馈至可以在资源受限的、带有定时精确度(如好于5毫秒、好于3毫秒或好于1毫秒)的确定性实时操作环境内执行的小型程序。

语言、编程工具

过程I/O控制器本地编程支持ECMA标准JavaScript语言的子集，其是面向对象、事件驱动解释编程语言。将程序以纯文本(plain text)下载到I/O单元，并且使用特别指定的程序状态寄存器可以在此后调用，可以经由MODBUS设置和监视该寄存器。该程序状态寄存器还用于工具主机来监视所述程序的执行和完成。适用于执行该环境的一个处理器族(family)是精简指令集计算(RISC)微处理器的Motorola ColdFire族。该族中的微处理器之一被指定为MCF 5282。由于这些处理器得自历史悠久的(venerable)68000处理器系列，所以可以获得许多开发工具和各种实时操作系统。该处理器类的框图和细节可以在www.freescale.com上获得。

受限数目的脚本(script)程序应该在任意给定时间执行，并且这些程序应该在大小上受限。引入大小限制并且已经从该实现中除去特定语言工具或特点，以便最小化用户写入脚本将过度运行可用的计算资源，并引起控制子系统的未定义行为的风险。仍然，可以通过编程错误来部分地破坏已经被指定了低于脚本译码器的优先级的过程I/O控制器的特定部分。处于危险中的特点包括万维网用户界面、数据收集和邻近脚本译码器，其运行其他并发脚本。因此建议保持这些用户脚本程序短小且简单，避免紧密的循环，并且在任何可能的时候使用事件通知。

特别的网页将显示当前脚本执行历史。该网页提供了比经由MODBUS可用的程序状态寄存器更多的细节。

将类的层级建立到脚本译码器中来代表过程I/O控制器上的本地I/O信号，以便脚本可以在输出上练习的控制并监视输入。此外，离散输入可以产生事件，该事件可以被指定到特定脚本功能，并当这些输入改变值或状态时被异步地调用。

虚拟I/O、脚本控制&监视

脚本译码器被指定有特殊的16位寄存器，其可以经由控制并监视对应脚本译码器状态的MODBUS来读取和写入。主或中央控制器可以写入该寄存器来开始或放弃脚本的执行，或读取该寄存器来监视译码器状态：即，如果脚本正在运行，或已经正常终止，或已经异常终止，则在后一种情况中该寄存器将包含脚本退出代码。

进一步概括以上提到的程序控制寄存器，并且对于每一个脚本译码器预定义有限数量的附加寄存器。这些附加寄存器，像程序状态寄存器，可经由MODBUS针对读取和写入进行存取，并且还可以通过在合适的译码器上运行脚本来存取。这些寄存器可以用于涉及在CONTROLweb上运行的脚本和主控制器之间的通信的各种目的。

远程I/O、分布式脚本

除了对本地I/O信号的完全和未受阻止(unimpeded)的存取之外，可以被设置来代表物理地连接到其他过程I/O控制器的I/O信号的类层次而增加脚本译码器，但是在关联之后将使用相同的基本存取方法和属性(attribute)几乎像本地I/O信号一样运转(behave)。驻留在其他过程I/O控制器(远程I/O操作)上的I/O信号一般响应得更慢，并且不能作为用于异步事件的资源使用。

通过用MODBUS客户端(主)实现增加脚本译码器来实现其他过程I/O控制器上的该远程I/O，其提供了对于在与相同网络连接的其他过程I/O控制器上的I/O信号的存取。

考虑到以上提到的限制，应该小心地使用该方便的手段(facility)。最好的使用之一是同步在不同过程I/O控制器上并发运行的脚本，其进行组合来执行单个处理序列，其中I/O数目和/或处理物理布局是这样的，使得连接所有相关的I/O信号到相同过程I/O控制器不实际。

处理配方代理

制作处理细节一般使用术语“配方”，该“配方”实际上是管理包括序列、定时和化学或部分处理的阈值的细节的程序。在一些先前的处理器中，通过工厂控制主机将配方下载到室处理控制计算机(或选择先前存储的配方)。接着成批地(in a lot)对于每个单个晶片由主控制器执行该配方。主控制器的目的是在给定批次中，或对于任何其他批次，对于每个单个晶片尽可能精确地重复该配方，使得单个的每次出现相同的处理结果(如沉积层(depositionlayer)的厚度)。但是如之前提到的，基于带有大型且复杂的软件系统的通常目的的计算平台的当前处理控制系统，其具有关于定时精确度的可识别的限制，和对输入的改变快速响应的有限能力，并且反应足够快。这些限制最终在配方可以重复的精确度级别上设置上限(cap)，并且是限制当前处理设备成品率和产出量的重要因素。结果，有意减慢特定处理，以便它们可以及时停止。

对于这个问题使用这些改进的过程I/O控制器而提出的解决方案，有效地将被认为是重要的配方的那些部分代理给基于实时的远程I/O装置。

替代于反复地一次处理一个配方指令(如现在的规范)，主处理控制器将首先通过配方分类，并定义需要定时或响应精确度在主控制器其自身能够提供的之上的那些部分。然后这些重要配方步骤将被编译为脚本，并被载入到合适的过程I/O控制器用于后面的执行。然后，过程I/O控制器将重复地执行配方：使用其自身资源执行没有被标记为“重要”的部分，并且在达到“重要步骤”的点，将开始脚本以在远程I/O单元之一上执行脚本，并通过一个或多个虚拟I/O变量监视脚本执行，其正由脚本使用来指示其状态。

在编译的阶段期间，主控制器针对物理或被映射的I/O信号基准将所有基准替换为逻辑值或状态，否则将配方步骤转换为脚本程序。完成此任务的一种方式是使用脚本模板，其中写入预存在的脚本用于特定配方步骤类型，然后主控制器将需要插入实际I/O基准和特定定时和阈值到预定义的脚本位置。

一些特别的实施例

本发明可以实践为适于实践该方法的方法或装置。可以从工具主机、从(slave)或过程I/O控制器和操作协议或系统的视角看到相同的方法。本发明可以是制造的物品，如印有执行方法的逻辑的介质。

一个实施例是对半导体制造过程的精确定时控制的方法。该方法使用工具主机和过程I/O控制器。过程I/O控制器包括电接口来处理室监视器并通过电接口来控制和支持精确定时的输入和输出。工具主机包括象征性地代表电接口的编程环境。该方法包括：在工具主机上，准备包括用于过程I/O控制器来通过电接口采样输入并控制输出的指令的控制程序。从工具主机，将控制程序载入到过程I/O控制器上。在过程I/O控制器上，当接收调用控制程序的命令时，运行控制程序来通过电接口产生采样输入和控制输出的统计上准确的定时。当在实际时间和目标时间之间的方差分布的99.99％的范围中的方差小于或等于5毫秒时，将采样输入和控制输出看作是具有统计上准确的定时。在一些实例中，目标时间可以尽可能快，并且命令的性能可以在小于或等于5毫秒之内。在其他实例中，目标时间可以与输入达到特定级别一样快。

该方法的一个方面是可以以解释编程语言(如JavaScript)来准备控制程序。解释编程语言的使用便利了载入控制程序，而不用破坏执行命令或其他程序的优先级。可以与第一方面结合的另一方面，是控制程序的载入使用负载处理优先级的来进行，其通过过程I/O控制器保存处理命令的优先级，从其他过程I/O控制器还是工具主机接收。再一进一步的方面涉及载入控制程序，而不通过电接口使过程I/O控制器从至少一些输入的采样和输出的控制离线。

在至少一个实施例中，采样输入和控制输出可以使用实际时间和目标时间之间的方差分布的99.99％范围来执行，其小于或等于3毫秒。所描述的单片控制器实施例可以提供采样输入和控制输出的精确定时，使得实际时间和目标时间之间的方差分布的99.99％范围小于或等于1毫秒。

在操作中，该方法可以包括过程I/O控制器设置与被采样的输入对应的工具主机虚拟数字信号并通过电接口改变输出。过程I/O控制器发送这些虚拟数字信号，而不破坏采样和控制的定时的统计上准确度。虚拟数字信号可以包括时间戳。工具主机可以响应于虚拟数字信号向过程I/O控制器发送引起过程I/O控制器停止运行控制程序的命令。

过程I/O控制器可以响应于控制程序以统计上准确的定时向另一个过程I/O控制器发送控制命令。工具主机可以被配置为接受用于配方中的控制步骤的定时容限并确定是否将那些控制步骤的定时代理给过程I/O控制器。当确定代理控制步骤的定时的时候，准备控制程序并将其载入到过程I/O控制器中。

另一个实施例是以重复的间隔、使用与中央控制器合作的过程I/O控制器控制在处理室中运行的处理的方法。该方法包括：在监视并控制操作室的一个或多个方面的过程I/O控制器上，从中央控制器接收控制命令，并在接收之后在5毫秒的第一统计可重复短间隔内处理控制命令。当在时间分布的99.99％的范围中的时间等于或小于短间隔时，将该短间隔看作是统计可重复的。在控制命令的处理中没有失去统计可重复性的情况下，过程I/O控制器也采样与处理室连接的一个或多个传感器，并在采样时间表的统计可重复容限内提供样本。当实际时间和目标时间之间的方差分布的99.99％的范围中方差小于或等于容限时，将该容限看作是统计可重复的。依赖于硬件实施例，第一统计可重复短间隔可以是3ms或更少，或1ms或更少。再次依赖于硬件实施例，统计可重复容限可以是5毫秒、3毫秒或1毫秒或更少。

实践以上描述的方法，缓冲样本可以包括缓冲与样本对应的时间戳。过程I/O控制器可以分发至少经缓冲的一些样本，而不失去控制命令的处理的统计可重复性或不失去采样的统计可重复性。替代地，该方法进一步可以包括，不失去控制命令的处理的重复性或在不失去采样的统计可重复性时，动态地执行可从过程I/O控制器的存储器载入的指令。这些指令可以包括响应于采样的所选择结果，该响应发生在第二统计可重复短间隔内，该第二统计可重复短间隔小于向中央控制器报告采样和接收回响应命令所需的统计可重复反馈间隔。替代地，第二统计可重复短间隔可以小于第一统计可重复短间隔的一半。

该方法可进一步包括过程I/O控制器接收、识别和动态地载入指令到过程I/O控制器的存储器，而不使过程I/O控制器从监视和控制操作处理室的方面离线。替代地或以组合方式，用于其的方法可以包括过程I/O控制器分发至少一些经缓冲的样本，而不失去控制命令的接收和处理的统计可重复性或不失去采样的统计可重复性或不失去以所载入的指令动态执行的统计可重复性。

该方法的另一方面可以是，在不失去接收和处理控制命令的统计可重复性或不失去采样的统计可重复性的情况下，过程I/O控制器动态地执行从存储器载入的指令。特别地，这些指令可以包括开始操作处理室的至少一个方面的闭环控制，开始发生在第二统计可重复短间隔内，该第二统计可重复短间隔小于反馈间隔或小于第一统计可重复短间隔的一半。在一些实例中，第二短间隔可以小于第一统计可重复短间隔的五分之一。该方法可以包括过程I/O控制器接收、识别和动态地载入指令到过程I/O控制器的存储器，而不使过程I/O控制器从监视和控制处理室的方面离线。过程I/O控制器可以分发至少一些经缓冲的样本，而不失去统计可重复性。

作为装置，过程I/O控制器可以包括适应于与中央处理器通信的端口、存储器以及与端口和存储器连接、适应于执行方法和以上描述的它们的任意方面的逻辑和资源。

虽然通过参考以上描述的优选实施例和示例来公开本发明，但是可以理解这些示例是在说明性而不是限制性的。