專利名稱：直寫式光刻機(jī)曝光控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光刻技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及光刻曝光劑量的控制和采集，可以 運(yùn)用于芯片制造、印刷電路板、掩膜板、平板顯示器、生物芯片、微機(jī)械系統(tǒng)、光學(xué)玻 璃平板等襯底上印刷構(gòu)圖等場合。
背景技術(shù)：
光刻技術(shù)是用于在襯底表面上印刷具有特征的構(gòu)圖。這樣的襯底可包括用于制造半 導(dǎo)體器件、多種集成電路、平面顯示器(例如液晶顯示器)、電路板、生物芯片、微機(jī) 械電子芯片、光電子線路芯片等的基片。經(jīng)常使用的基片為表面涂有光敏感介質(zhì)的半導(dǎo) 體晶片或玻璃基片。
在光刻過程中，晶片放置在晶片臺上，通過處在光刻設(shè)備內(nèi)的曝光裝置，將特征構(gòu) 圖投射到晶片表面。盡管在光刻過程中使用了投影光學(xué)裝置，還可依據(jù)具體應(yīng)用，使用
不同的類型曝光裝置。例如x射線、離子、電子或光子光刻的不同曝光裝置，這己為本
領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。
在先進(jìn)光刻技術(shù)鄰域，因?yàn)楣饪坦に囈约肮饪棠z的性能對曝光劑量的測量和控制要 求越來越高。現(xiàn)有光刻系統(tǒng)和曝光控制方法不能夠完成對曝光劑量的精確控制。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種直寫式光刻機(jī)曝光控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可 以實(shí)現(xiàn)對曝光劑量的精確控制。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是直寫式光刻機(jī)曝光控制系統(tǒng)，包括光電傳感器、 濾波放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、可編程邏輯器件、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、控制電路、光源、主控制 器、上位機(jī)，其中，光電傳感器的輸出經(jīng)過濾波放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器與可編程邏輯器 件連接，可編程邏輯器件的輸出經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器與控制電路連接，控制電路的輸出連接 光源，可編程邏輯器件還通過主控制器與上位機(jī)連接。
本實(shí)用新型的積極效果是本實(shí)用新型通過上位機(jī)經(jīng)由主控制器控制可編程邏輯器
件完成對曝光劑量的精確采集和控制，可廣泛應(yīng)用于芯片制造、印刷電路板、掩膜板、 平板顯示器、生物芯片、微機(jī)械系統(tǒng)、光學(xué)玻璃平板等襯底上印刷構(gòu)圖等場合。

圖1為曝光控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，
圖2為由模數(shù)轉(zhuǎn)換之后曝光功率積分獲得曝光劑量的方法示意圖，
圖3為本實(shí)用新型的原理框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
如圖3所示，直寫式光刻機(jī)曝光控制系統(tǒng)，包括光電傳感器l、濾波放大電路2、 模數(shù)轉(zhuǎn)換器3、可編程邏輯器件4、數(shù)模轉(zhuǎn)換器6、控制電路7、光源8、主控制器5、 上位機(jī)9，其中，光電傳感器l的輸出經(jīng)過濾波放大電路2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器3與可編程邏 輯器件4連接，可編程邏輯器件4的輸出經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器6與控制電路7連接，控制電 路7的輸出連接光源8，可編程邏輯器件4還通過主控制器5與上位機(jī)9連接。
圖3示出了本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)包括
* 一個用于采集曝光信號的光電傳感器1，實(shí)際使用中需要大面積光信號采集面， 保證所有設(shè)計(jì)到達(dá)光電傳感器的光信號能夠被采集到。
* 一個用于將光電傳感器獲得的電信號濾波放大的電路2，圖中所示的是放大電路， 本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解為微弱信號的濾波放大。放大倍數(shù)根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采 樣范圍和光電傳感器信號強(qiáng)度采取可調(diào)設(shè)計(jì)。
* 一個可以將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器3，模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要達(dá)到 一定的采樣精度，以減小誤差。
* 一個用于控制模數(shù)采樣和將采樣值積分的可編程邏輯器件4，可以理解為 FPGA/CPLD或者其它可編程邏輯器件。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣時鐘由可編程邏輯器件 將系統(tǒng)時鐘分頻后提供，模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣使能也是由可編程邏輯器件提供。
* 一個主控制器5，可以理解為嵌入式處理器。主控制器通過局域網(wǎng)接受上位機(jī)發(fā) 送的命令。
* 一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器6，將設(shè)定的數(shù)字量的曝光功率轉(zhuǎn)換為電壓信號， 一個控制電路7， 采用雙運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)的電壓控制電流源，將數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換為
光源8工作的電流。 * 一個上位機(jī)9，主要提供數(shù)據(jù)發(fā)送和采集的用戶接口，便于用戶使用。
曝光控制策略是通過可編程邏輯器件(FPGA或CPLD)實(shí)現(xiàn)曝光控制狀態(tài)之間的轉(zhuǎn) 換，如圖1所示，曝光控制的主狀態(tài)有空閑態(tài)10，步進(jìn)曝光狀態(tài)ll，掃描曝光狀態(tài)12 和定時曝光狀態(tài)13，通過上位機(jī)發(fā)送狀態(tài)命令和狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件完成四個主要條件之間的 轉(zhuǎn)換。
關(guān)于空閑一步進(jìn)模式，當(dāng)工作模式為步進(jìn)曝光模式，并且觸發(fā)信號置高電平的時候， 開始步進(jìn)曝光，同時將模數(shù)轉(zhuǎn)化器的采樣值積分，并將積分結(jié)果與設(shè)定曝光劑量比較， 當(dāng)積分值大于等于設(shè)定值，曝光結(jié)束，狀態(tài)轉(zhuǎn)入空閑模式。
關(guān)于空閑一掃描模式，當(dāng)工作模式是掃描模式，在運(yùn)動平臺發(fā)出觸發(fā)曝光信號到達(dá) 的情況下，在極短的時間內(nèi)(可以達(dá)到納秒級)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入掃描曝光，實(shí)現(xiàn)掃描曝光 的實(shí)時控制，當(dāng)運(yùn)動平臺發(fā)出觸發(fā)曝光觸發(fā)信號結(jié)束的時候，工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入空閑態(tài)，曝 光結(jié)束。
關(guān)于空閑一定時模式，當(dāng)工作模式是定時模式，在主控制器觸發(fā)信號到達(dá)的情況下， 工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入定時曝光，當(dāng)定時計(jì)數(shù)器達(dá)到設(shè)定的定時時間的時候，工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入空閑 態(tài)，定時曝光結(jié)束。
在步進(jìn)曝光過程中，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣值的積分比較是實(shí)現(xiàn)曝光能量的精確控制的 重要環(huán)節(jié)，高精度光電傳感器和高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集光功率，并將采集到的光功率積分 獲得光信號的能量值以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣次數(shù)，由主控制器讀取可編程邏輯器件內(nèi)部 的存儲器，獲得曝光劑量返回值和平均曝光功率返回值。通過光功率計(jì)標(biāo)定平均曝光功 率返回值獲得實(shí)際的平均曝光功率和曝光劑量。
在掃描曝光和定時曝光過程中，只需要對曝光劑量返回值和平均曝光功率的上傳， 不涉及對曝光計(jì)量的控制，前提條件是假設(shè)曝光功率穩(wěn)定，可以通過控制電路7實(shí)現(xiàn)。
在光信號采集與處理過程中，可編程邏輯器件FPGA負(fù)責(zé)控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及將模 數(shù)采樣值積分并保存在內(nèi)部的隨機(jī)存儲器中，當(dāng)曝光結(jié)束以后，主控制器ARM處理器讀 取FPGA內(nèi)部的存儲器，并將讀取的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)，上位機(jī)通過軟件將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 實(shí)際的曝光劑量和曝光功率。
對于曝光劑量的采集，采用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集光功率，然后通過FPGA可編程邏
輯器件將模數(shù)采集到的光功率數(shù)字量累加，或者將兩次采集到的數(shù)字濾波等數(shù)據(jù)作處理 后累加，如圖2所示，以此獲得光信號的能量值以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣次數(shù)，由ARM處 理器讀取可編程邏輯器件內(nèi)部的RAM，獲得曝光劑量返回值和平均曝光功率返回值。圖 2中縱座標(biāo)為光功率P，橫座標(biāo)為時間t， CAo為采樣值，Tw為采樣周期。
通過光功率計(jì)標(biāo)定平均曝光功率返回值獲得實(shí)際的平均曝光功率和實(shí)際曝光劑量。 完成標(biāo)定之后，通過上位機(jī)軟件計(jì)算將曝光結(jié)束后的曝光劑量和曝光功率返回值轉(zhuǎn)換為 實(shí)際的曝光劑量和實(shí)際的曝光功率。
通過高速模數(shù)采樣獲的高精度的曝光劑量和曝光功率，模數(shù)采樣次數(shù)越多，在每次 光信號強(qiáng)度一定的情況下，模數(shù)采樣積分值越大，曝光劑量的精度越高。
實(shí)現(xiàn)上述功能之后，可以在每次曝光之前將需要的曝光劑量設(shè)定值通過上位機(jī)經(jīng)由 ARM傳送到FPGA,在曝光過程中，當(dāng)實(shí)際的曝光劑量達(dá)到曝光劑量設(shè)定值的時候，F(xiàn)PGA 自動將投影系統(tǒng)的光源關(guān)斷，這樣可以精確實(shí)現(xiàn)曝光劑量的控制。
權(quán)利要求1、直寫式光刻機(jī)曝光控制系統(tǒng)，包括光電傳感器[1]、濾波放大電路[2]、模數(shù)轉(zhuǎn)換器[3]、可編程邏輯器件[4]、數(shù)模轉(zhuǎn)換器[6]、控制電路[7]、光源[8]、主控制器[5]、上位機(jī)[9]，其特征在于光電傳感器[1]的輸出經(jīng)過濾波放大電路[2]、模數(shù)轉(zhuǎn)換器[3]與可編程邏輯器件[4]連接，可編程邏輯器件[4]的輸出經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器[6]與控制電路[7]連接，控制電路[7]的輸出連接光源[8]，可編程邏輯器件[4]還通過主控制器[5]與上位機(jī)[9]連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種光刻技術(shù)領(lǐng)域，為一種直寫式光刻機(jī)曝光控制系統(tǒng)，包括光電傳感器、濾波放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、可編程邏輯器件、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、控制電路、光源、主控制器、上位機(jī)，光電傳感器的輸出經(jīng)過濾波放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器與可編程邏輯器件連接，可編程邏輯器件的輸出經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器與控制電路連接，控制電路的輸出連接光源，可編程邏輯器件還通過主控制器與上位機(jī)連接。它克服現(xiàn)有技術(shù)曝光精度不高的問題，實(shí)現(xiàn)了曝光劑量的精確控制，可廣泛應(yīng)用于芯片制造、印刷電路板、掩膜板、平板顯示器、生物芯片、微機(jī)械系統(tǒng)、光學(xué)玻璃平板等襯底上印刷構(gòu)圖等場合。
文檔編號G03F7/20GK201194067SQ20082003269
公開日2009年2月11日 申請日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日
發(fā)明者王正宏 申請人:芯碩半導(dǎo)體(中國)有限公司