A cluster tool is an integrated, single wafer processing equipment that combines several processing modules, cassette modules, and a transport module. A cluster tool controller (CTC) is a complex, distributed control application that must support supervisory control functions and interface with other applications such as an MES and module controllers. Though the design and development of a CTC take tremendous efforts and time, there are no standards and models to be applied in the process. Most of the CTCs are developed by hardware vendors in their own methods and often reconfigured by the FAB. We discuss a design and development method of an advanced CTC.
First, we propose an application framework, called as Control Application Framework (CAF), for the prompt and reliable design development of an advanced CTC. It is suitable for the execution of supervisory control functions and the adjustment to frequently changing requirements. It is based on a layered architecture that is composed of an application layer and a communication layer. In the application layer, we define some key objects such as command objects, and virtual control device objects, which facilitate complex supervisory control application design and implementation. For the communication between the CTC and module controllers, we apply a high-level fieldbus, PROFIBUS and define some communication objects that reflect the characteristics of the fieldbus, including service objects for the efficient use of the communication services.
Second, we consider the communication problem between the CTC and module con- trollers. SEMI defines a communication standard, called as Cluster Tool Module Communication (CTMC), for this. CTMC specifies diverse application-level services but does not restrict the lower-level communication protocols and services that enable the high-level application services. Though traditional popular SEMI communication standards are preferable as the communication enablers for CTMC, they are not suitable for the real communication of a cluster tool. Therefore, we propose the use of PROFIBUS-FMS, a major high-level fieldbus, for implementing CTMC. We present a way of implementing it using PROFIBUS- FMS as the communication enabler. We first discuss module communication requirements. We analyze objects and services of CTMC and compare the communication concepts of CTMC and PROFIBUS-FMS. We propose improvements of a key object of CTMC for material transfer and the part transfer protocol to meet the functional requirements of modern dual-armed cluster tools.
Third, we propose an object-oriented integrated model. For the communication be- tween the CTC and an MES, SEMI defines a standard, Object-Based Equipment Model (OBEM), for the high-level interface. OBEM specifies high-level application object models for equipment. The integrated model is combination of OBEM, CTMC, and CAF. The two object-oriented interface standards, OBEM and CTMC, can be smoothly integrated into a CTC application when the CTC application is based on CAF. While OBEM, CTMC, and CAF have evolved independently, they can be seamlessly integrated in a unified factory integration framework.
클러스터 툴은 다양한 웨이퍼 가공 모듈과 운반 모듈이 통합된 단일 웨이퍼 가공장비이다. 이 장비는 복잡한 분산 제어 에플리케이션인 클러스터 툴 컨트롤러(CTC)에 의해 제어된다. CTC는 복잡한 제어 기능을 제공해야 하며, 동시에 다양한 외부 애플리케이션들과 연동해야 한다. 이를 위해서 CTC는 외부 애플리케이션들과의 인터페이스를 갖추어야 한다. CTC의 설계 및 개발은 많은 노력과 시간을 필요로 하지만, 그 과정에서 사용될 표준 및 모델의 정립이 부족하다. 또한 장비 공급업자 나름대로의 방법에 의해 제작되며, 팹의 상황이나 요구 조건에 맞추어 재구성되기도 한다. 본 논문에서는 고수준 CTC의 설계 및 개발을 위하여 3가지 접근 방법을 제시한다.
첫째, 고수준 감시 제어 기능의 수행에 적합하며 변화에 적응 가능한 애플리케이션 프레임워크인 Control Application Framework(CAF)를 제안하였다. 제안된 프레임워크는 객체 지향 방법을 사용하여 설계되었으며, 계층적 구조를 가지고 있다. 그 대략적인 구조는 제어 애플리케이션을 위한 애플리케이션 계층과 각 모듈과의 통신을 위한 통신 계층으로 구성된다. 애플리케이션 계층에서는 새로운 개념의 커맨드 객체와 가상제어장비 객체를 정의하였다. 통신 계층에서는 각 모듈과의 통신을 위해 자동화 통신 네트워크인 필드버스를 적용하였다. 필드버스의 특징을 반영하는 다수의 통신 객체들을 정의하였으며, 특히 통신 서비스의 효율적인 사용을 위해 서비스 객체를 정의하였다.
둘째, CTC와 각 모듈 컨트롤러간의 통신인 모듈 통신 문제를 고려하였다. SEMI에서는 클러스터 툴의 모듈 통신을 위한 표준인 Cluster Tool Module Communication(CTMC)를 정의하였다. CTMC는 응용 수준의 메시지 정의이며 실제 메시지 전송 방법은 명시되어 있지 않다. CTMC의 활용시에는 SEMI 표준 통신 프로토콜을 사용 가능하나, 클러스터 툴과 같은 복잡한 장비의 실시간 제어를 위한 통신에는 적합하지 않다. 따라서 자동화 통신 네트워크인 필드버스를 활용한 CTMC 구현 방법을 제안하였다. 또한 CTMC의 특징 및 통신 객체를 분석하고 필드버스를 사용하여 구현하였다. 특히 양팔 로봇을 가지는 클러스터 툴에 CTMC의 활용이 부적절한 점을 설명하고, 그 해결책을 제시하였다.
셋째, CTC와 상위 애플리케이션인 MES간의 통신 문제를 고려하였다. SEMI에서는 이를 위한 표준인 Object-Based Equipment Model(OBEM)을 정의하였다. 우선 클러스터 툴을 위한 기본적인 OBEM 모델을 정의하고, 이것을 앞에서 설명한 두가지 방법과 객체 지향 설계 및 분석 방법을 사용하여 통합하였다.
