专利名称：直写式光刻机曝光控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光刻技术领域，具体的说，涉及光刻曝光剂量的控制和采集，可以 运用于芯片制造、印刷电路板、掩膜板、平板显示器、生物芯片、微机械系统、光学玻 璃平板等衬底上印刷构图等场合。
背景技术：
光刻技术是用于在衬底表面上印刷具有特征的构图。这样的衬底可包括用于制造半 导体器件、多种集成电路、平面显示器(例如液晶显示器)、电路板、生物芯片、微机 械电子芯片、光电子线路芯片等的基片。经常使用的基片为表面涂有光敏感介质的半导 体晶片或玻璃基片。
在光刻过程中，晶片放置在晶片台上，通过处在光刻设备内的曝光装置，将特征构 图投射到晶片表面。尽管在光刻过程中使用了投影光学装置，还可依据具体应用，使用
不同的类型曝光装置。例如x射线、离子、电子或光子光刻的不同曝光装置，这己为本
领域技术人员所熟知。
在先进光刻技术邻域，因为光刻工艺以及光刻胶的性能对曝光剂量的测量和控制要 求越来越高。现有光刻系统和曝光控制方法不能够完成对曝光剂量的精确控制。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种直写式光刻机曝光控制系统，该系统可 以实现对曝光剂量的精确控制。
本实用新型所采用的技术方案是直写式光刻机曝光控制系统，包括光电传感器、 滤波放大电路、模数转换器、可编程逻辑器件、数模转换器、控制电路、光源、主控制 器、上位机，其中，光电传感器的输出经过滤波放大电路、模数转换器与可编程逻辑器 件连接，可编程逻辑器件的输出经过数模转换器与控制电路连接，控制电路的输出连接 光源，可编程逻辑器件还通过主控制器与上位机连接。
本实用新型的积极效果是本实用新型通过上位机经由主控制器控制可编程逻辑器
件完成对曝光剂量的精确采集和控制，可广泛应用于芯片制造、印刷电路板、掩膜板、 平板显示器、生物芯片、微机械系统、光学玻璃平板等衬底上印刷构图等场合。
图1为曝光控制状态转移图，
图2为由模数转换之后曝光功率积分获得曝光剂量的方法示意图，
图3为本实用新型的原理框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。
如图3所示，直写式光刻机曝光控制系统，包括光电传感器l、滤波放大电路2、 模数转换器3、可编程逻辑器件4、数模转换器6、控制电路7、光源8、主控制器5、 上位机9，其中，光电传感器l的输出经过滤波放大电路2、模数转换器3与可编程逻 辑器件4连接，可编程逻辑器件4的输出经过数模转换器6与控制电路7连接，控制电 路7的输出连接光源8，可编程逻辑器件4还通过主控制器5与上位机9连接。
图3示出了本实用新型的系统结构，该系统包括
* 一个用于采集曝光信号的光电传感器1，实际使用中需要大面积光信号采集面， 保证所有设计到达光电传感器的光信号能够被采集到。
* 一个用于将光电传感器获得的电信号滤波放大的电路2，图中所示的是放大电路， 本领域的技术人员应理解为微弱信号的滤波放大。放大倍数根据模数转换器的采 样范围和光电传感器信号强度采取可调设计。
* 一个可以将模拟信号转化为数字信号的高速模数转换器3，模数转换器需要达到 一定的采样精度，以减小误差。
* 一个用于控制模数采样和将采样值积分的可编程逻辑器件4，可以理解为 FPGA/CPLD或者其它可编程逻辑器件。模数转换器的采样时钟由可编程逻辑器件 将系统时钟分频后提供，模数转换器采样使能也是由可编程逻辑器件提供。
* 一个主控制器5，可以理解为嵌入式处理器。主控制器通过局域网接受上位机发 送的命令。
* 一个数模转换器6，将设定的数字量的曝光功率转换为电压信号， 一个控制电路7， 采用双运算放大器结构的电压控制电流源，将数模转换器输出的电压信号转换为
光源8工作的电流。 * 一个上位机9，主要提供数据发送和采集的用户接口，便于用户使用。
曝光控制策略是通过可编程逻辑器件(FPGA或CPLD)实现曝光控制状态之间的转 换，如图1所示，曝光控制的主状态有空闲态10，步进曝光状态ll，扫描曝光状态12 和定时曝光状态13，通过上位机发送状态命令和状态转换条件完成四个主要条件之间的 转换。
关于空闲一步进模式，当工作模式为步进曝光模式，并且触发信号置高电平的时候， 开始步进曝光，同时将模数转化器的采样值积分，并将积分结果与设定曝光剂量比较， 当积分值大于等于设定值，曝光结束，状态转入空闲模式。
关于空闲一扫描模式，当工作模式是扫描模式，在运动平台发出触发曝光信号到达 的情况下，在极短的时间内(可以达到纳秒级)工作状态转入扫描曝光，实现扫描曝光 的实时控制，当运动平台发出触发曝光触发信号结束的时候，工作状态转入空闲态，曝 光结束。
关于空闲一定时模式，当工作模式是定时模式，在主控制器触发信号到达的情况下， 工作状态转入定时曝光，当定时计数器达到设定的定时时间的时候，工作状态转入空闲 态，定时曝光结束。
在步进曝光过程中，对模数转换器采样值的积分比较是实现曝光能量的精确控制的 重要环节，高精度光电传感器和高速模数转换器采集光功率，并将采集到的光功率积分 获得光信号的能量值以及模数转换器的采样次数，由主控制器读取可编程逻辑器件内部 的存储器，获得曝光剂量返回值和平均曝光功率返回值。通过光功率计标定平均曝光功 率返回值获得实际的平均曝光功率和曝光剂量。
在扫描曝光和定时曝光过程中，只需要对曝光剂量返回值和平均曝光功率的上传， 不涉及对曝光计量的控制，前提条件是假设曝光功率稳定，可以通过控制电路7实现。
在光信号采集与处理过程中，可编程逻辑器件FPGA负责控制模数转换器以及将模 数采样值积分并保存在内部的随机存储器中，当曝光结束以后，主控制器ARM处理器读 取FPGA内部的存储器，并将读取的数据传送到上位机，上位机通过软件将数据转化为 实际的曝光剂量和曝光功率。
对于曝光剂量的采集，采用高速模数转换器采集光功率，然后通过FPGA可编程逻
辑器件将模数采集到的光功率数字量累加，或者将两次采集到的数字滤波等数据作处理 后累加，如图2所示，以此获得光信号的能量值以及模数转换器的采样次数，由ARM处 理器读取可编程逻辑器件内部的RAM，获得曝光剂量返回值和平均曝光功率返回值。图 2中纵座标为光功率P，横座标为时间t， CAo为采样值，Tw为采样周期。
通过光功率计标定平均曝光功率返回值获得实际的平均曝光功率和实际曝光剂量。 完成标定之后，通过上位机软件计算将曝光结束后的曝光剂量和曝光功率返回值转换为 实际的曝光剂量和实际的曝光功率。
通过高速模数采样获的高精度的曝光剂量和曝光功率，模数采样次数越多，在每次 光信号强度一定的情况下，模数采样积分值越大，曝光剂量的精度越高。
实现上述功能之后，可以在每次曝光之前将需要的曝光剂量设定值通过上位机经由 ARM传送到FPGA,在曝光过程中，当实际的曝光剂量达到曝光剂量设定值的时候，FPGA 自动将投影系统的光源关断，这样可以精确实现曝光剂量的控制。
权利要求1、直写式光刻机曝光控制系统，包括光电传感器[1]、滤波放大电路[2]、模数转换器[3]、可编程逻辑器件[4]、数模转换器[6]、控制电路[7]、光源[8]、主控制器[5]、上位机[9]，其特征在于光电传感器[1]的输出经过滤波放大电路[2]、模数转换器[3]与可编程逻辑器件[4]连接，可编程逻辑器件[4]的输出经过数模转换器[6]与控制电路[7]连接，控制电路[7]的输出连接光源[8]，可编程逻辑器件[4]还通过主控制器[5]与上位机[9]连接。
专利摘要本实用新型涉及一种光刻技术领域，为一种直写式光刻机曝光控制系统，包括光电传感器、滤波放大电路、模数转换器、可编程逻辑器件、数模转换器、控制电路、光源、主控制器、上位机，光电传感器的输出经过滤波放大电路、模数转换器与可编程逻辑器件连接，可编程逻辑器件的输出经过数模转换器与控制电路连接，控制电路的输出连接光源，可编程逻辑器件还通过主控制器与上位机连接。它克服现有技术曝光精度不高的问题，实现了曝光剂量的精确控制，可广泛应用于芯片制造、印刷电路板、掩膜板、平板显示器、生物芯片、微机械系统、光学玻璃平板等衬底上印刷构图等场合。
文档编号G03F7/20GK201194067SQ20082003269
公开日2009年2月11日 申请日期2008年2月27日 优先权日2008年2月27日
发明者王正宏 申请人:芯硕半导体(中国)有限公司