一种光刻机智能控制系统的制作方法

本发明涉及一种智能控制系统，尤其涉及一种光刻机智能控制系统。

背景技术：

作为微电子产业的核心，光刻机经历了接近、接触式光刻机，步进重复投影光刻机(stepper)，步进扫描光刻机(scanner)的发展历程，目前已进入双工件台(双硅片台)光刻机时代。光刻机性能的提升也对其自动化和智能化的程度提出了越来越高的要求。为了解决这个问题,大量以PC机为工控机的光刻机被使用。这种设计在很大程度上提升了光刻机的自动化和智能化程度，但是使用这种设计对光刻机进行控制，存在以下缺点：①鼠标和键盘的控制带来使用上的局限，导致用户体验降低 ②功耗大,需使用风扇降温，由此引起的机器振动会增大误差 ③体积庞大,占用了光刻机有限空间。

近年来，IC 技术迅速发展使基于嵌入式系统、固态硬盘和无风扇结构的平板式电脑越发流行和普遍，这也为上述问题的解决提供了思路。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服以PC机为工控机的光刻机的一系列缺点，设计了一种基于嵌入式处理器S3C2440 的平板电脑代替传统的工控机，并辅以基于FPGA 芯片EP2C8Q208C8 的数据采集卡和基于AT89C52 的运动控制卡来对光刻机进行了改进，制作出了基于平板电脑的智能光刻机控制设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：光刻机智能控制系统由平板工控机、数据采集卡、运动控制板卡等部分构成。

所述的平板工控机(主控板卡)的主控芯片采用三星的S3C2440芯片作为微处理器，为主控芯片配置了64M的SDRAM，配置256M的NandFlash来满足对小文件的存储，对大文件存储则需使用SD卡实现，配置8in(1 in=2.54cm)的触摸屏来满足显示与操作的需要，触摸屏的分辨力为800×600，采用40 针FFC 软排线与主控制板卡进行连接。系统外设接口主要包括串口、USB 接口、网络模块和音频模块。

所述的运动控制卡采用AT89C52作为处理器，内置电磁阀和步进电机的驱动程序。配备串口通讯模块，采用MAX232 芯片进行控制。运动控制卡中的电磁阀控制模块使用光电耦合器耦合信号，然后通过三极管进行放大，最终驱动电磁阀。

所述的视频采集卡包括院FPGA 控制模块、CCD 模块、AD 转换模块、USB 模块。其中FPGA 控制模块采用ALTERA公司的Cyclone域系列芯片EP2C8Q208C8，AD转换模块使用美国ADI公司的AD9945，用于将CCD 采集到的模拟图像转化为数字图像；USB模块的控制芯片为AU925A21，用于实现与平板工控机之间的图像传输。

所述的光刻机智能控制系统采用Windows CE5.0作为操作系统，为了方便用户使用，该设计在传统控制的基础上增加了智能控制和专家查询功能。智能控制实现了对准到曝光的全程自动化，专家查询功能实现了光刻工艺参数的自动匹配。实际使用时，用户只需输入所需的曝光结果和各项参数指标，光刻机将会自动完成整个曝光过程，并提供工艺参数参考数据。

本发明的有益效果是：本发明实现了新一代工控机小型化、低功耗、无噪音、高速稳定的目标，在嵌入式Windows CE 环境下完成了智能控制，图像识别和光刻工艺参数智能检索的软件系统的设计, 可实现独立实时地进行图像采集、显示、存储和智能控制。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是系统的总体结构框图。

图2是平板工控机的总体结构框图。

图3是运动控制卡的总体结构框图。

图4是视频采集卡的总体结构框图。

图5是智能控制的操作流程图。

图6是自动对准的操作流程图。

具体实施方式

如图1所示，光刻机智能控制系统由平板工控机、数据采集卡、运动控制板卡等部分构成。板卡间的通讯如下：平板工控机与数据采集卡的通讯通过USB实现，平板工控机与数据采集卡的通讯通过串口实现。

如图2所示，平板工控机(主控板卡)的主控芯片采用三星的S3C2440芯片作为微处理器，该芯片采用ARM920T内核，功耗低，具有高速的处理计算能力。整体设计融合了MMU、AMBA总线体系结构和哈佛结构，集成了SDRAM控制器、LCD控制器、串口控制器、USB控制器等。具有独立的16Kb指令Cache和16Kb数据Cache，运行主频为400MHz, 最高可达533MHz。为了使系统能高速运行，为主控芯片配置了64M的SDRAM。考虑到系统对数据的存储要求，系统配置256M的NandFlash来满足对小文件的存储。而对大文件存储则需使用SD卡实现，系统配有4 G的SD 存储卡，以实现对音频、视频数据和软件等大文件的存储。设备配置8in(1in=2.54cm)的触摸屏来满足显示与操作的需要，触摸屏的分辨力为800伊600，采用40针FFC软排线与主控制板卡进行连接。为方便光刻过程中佩戴手套的用户使用，系统专门采用具有一线式精准触控功能的四线电阻屏。系统外设接口主要包括串口、USB接口、网络模块和音频模块。其中串口用于与运动控制卡的通讯，控制芯片为MAX202E；USB 接口用于与数据采集卡进行通讯，U盘读取和板卡扩展，控制芯片为AU925A21；网络模块使用DM9000A网络芯片和HR911105实现与网络的连接；音频模块配置3.5mm标准音频输出接口，使用UDA1341TS音频解码芯片实现左右声道控制和操作过程中的语音指导。

如图3所示，运动控制卡采用AT89C52 作为处理器，内置电磁阀和步进电机的驱动程序。为了能与平板工控机进行通信，运动控制板卡配备串口通讯模块，采用MAX232 芯片进行控制。实际使用时，控制卡一方面接收主控卡的走位信息和动作控制命令，另一方面将光电开关监测到的实时信息反馈给平板工控机。运动控制卡中的电磁阀控制模块使用光电耦合器耦合信号，然后通过三极管进行放大，最终驱动电磁阀。当运动控制卡接收到主控卡的走位命令时，通运动控制卡采用AT89C52 作为处理器，内置电磁阀和步进电机的驱动程序。为了能与平板工控机进行通信，运动控制板卡配备串口通讯模块，采用MAX232 芯片进行控制。实际使用时，控制卡一方面接收主控卡的走位信息和动作控制命令，另一方面将光电开关监测到的实时信息反馈给平板工控机。运动控制卡中的电磁阀控制模块使用光电耦合器耦合信号，然后通过三极管进行放大，最终驱动电磁阀。当运动控制卡接收到主控卡的走位命令时。

如图4所示，视频采集卡包括院FPGA控制模块、CCD模块、AD转换模块、USB模块。其中FPGA控制模块采用ALTERA公司的Cyclone域系列芯片EP2C8Q208C8，内置CCD时钟驱动模块、AD时钟驱动模块、USB 驱动模块、FIFO和图像处理模块。AD转换模块使用美国ADI公司的AD9945，用于将CCD采集到的模拟图像转化为数字图像。USB模块的控制芯片为AU925A21，用于实现与平板工控机之间的图像传输。运行时，对准显微镜首先将硅片上的对准标记和掩膜上的对准标记同时成像到成像面上，经过CCD将光信号转换成相应的模拟电信号。因为该模拟电信号中含有噪音，故需要经过去噪后再进行AD转换。AD转换得到相应的数据后，将这些数据存储到FPGA的RAM中，接着使用图像增强模块对图像数据进行去噪、二值化、骨干提取和对准标志生成，之后将进一步处理的图像存入FIFO中。最后使用USB接口将数据传输至平板工控机。

如图5所示，智能控制由以下步骤实现：步骤1：启动智能模式，系统开始对硅片和掩模板的位置和状态进行检测；步骤2：检测完成后，对其进行初调整，保证两者都在光刻机的可执行范围内；步骤3 根据预设目标检索出达到目标所需的最佳路径；步骤4：系统将输入的已知参数指标与数据采集卡采集到的实时数据代入光刻模型进行分析，在专家库中检索最佳曝光参数；步骤5：将动作命令和控制参数依次发送给运动控制卡，由运动控制卡完成整个动作。执行过程中，每一个光刻动作都会以图片地形式显示在对应区域，以方便用户查看光刻进程。

如图6所示，曝光过程中最关键的技术为自动对准，其实现算法如下：步骤1：在FPGA 中对硅片对准标志和掩模板上的对准标志进行识别；步骤2：提取出对准标志中心点的坐标值并将其传送至平板工控机；步骤3 平板工控机对两个对准标志中心点坐标的比较，得到位置差值；步骤4：将位置差距转换为走位信息并发送给运动控制卡，由运动控制卡完成相应的走位动作；步骤5：再次对硅片对准标志和掩模板上的对准标志进行识别和中心坐标值提取，并比较中心坐标值的差值大小，如果差值在预设的误差范围内，则终止程序，否则，转到步骤3。

光刻过程中存在工艺参数的匹配问题，该问题使用专家库进行解决，而专家库主要通过本地数据库检索和远程服务器检索实现。实际使用时，本地数据库为常用光刻参数，数据量小，只能满足普通需要。远程服务器包含大量的光刻模型与参数，数据量大。当程序自带的本地数据库无法满足用户需要时，该设备会自动向远程服务器提出请求。远程服务器得到响应后，向发出请求的机器发送满足J2EE 协议的数据。具体实现步骤如下：步骤1：用户在嵌入式设备上填写技术基础参数指标表格，其中重要参数为用户必须填写，其余非重要参数可以使用系统的默认值或采用普遍使用的参数；步骤2：首先嵌入式设备开始对所需的实时参数进行检测，然后将测得的数据与输入的参数进行分析和整理，得到几个关键参数；步骤3：利用关键参数在参数库中进行参数检索，若存在则转到步骤4；若不存在匹配参数，设备则访问远程服务器并进行参数检索，然后转到步骤4；若远端服务器的参数数据库中也不存在该参数的匹配信息，设备则利用插值算法对参数进行匹配，给出建议值；步骤4：嵌入式设备将得到的匹配参数加载到程序中，同时也将其显示在液晶屏上，为用户提供参考；步骤5：运行程序，通过程序的执行控制各个驱动模块，以实现对各种光刻设备的控制。