CN101510054B - 一种用于光刻设备的曝光控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于光刻设备的曝光控制系统及控制方法，所述曝光控制系统包括：主控单元；曝光系统控制单元，与所述主控单元电性连接；以及分控制模块，与所述曝光系统控制单元电性连接；所述曝光系统控制单元包括照明与投影物镜控制板以及与所述照明与投影物镜控制板电性连接的照明与传感器板，所述照明与投影物镜控制板接收所述主控单元下达的指令，通过所述照明与传感器板将所述指令传输至所述分控制模块，并通过所述照明与传感器板向所述主控单元反馈所述分控制模块动作执行情况的报告。所述控制系统结构紧凑、层次清晰、维护性强，减小了曝光控制系统实现的复杂程度。

Description

一种用于光刻设备的曝光控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及光刻设备，尤其涉及一种用于光刻设备的曝光控制系统及控制方法。

背景技术

半导体封装(Package)工艺对于芯片制造而言是至关重要的，封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片所用的外壳，它不仅起着保护芯片和增强导热性能的作用，而且还起到沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁和规格通用功能的作用。近年来半导体技术得到了迅速发展，封装已受到越来越多的重视。各种新型的封装技术应运而生，例如倒装芯片技术正在取代传统的封装方式，它是直接通过芯片上呈阵列排布的凸点来实现芯片与封装衬底(或电路板)的互连，而倒装芯片技术的关键就是芯片凸点(BUMPING)技术。芯片凸点技术需要在晶圆上进行凸点光刻(Pattern for bump)，凸点光刻一般需要CD尺寸达到微米级的光刻设备，光刻设备的视场、剂量精度等性能对凸点光刻效果产生较大影响。

目前，先进的封装光刻设备的曝光系统较为复杂，大致包括如下组成部分：光源，一般为激光器；光传输单元；照明模块；投影物镜；电气模块；以及互锁单元。各个单元又分为若干部件，例如照明模块包括光线方向与测量单元，可调衰减器模单元，衍射光学部件，照明模式单元，能量传感器单元与刀片单元。面对如此复杂的曝光系统，相应的曝光控制系统亦随之复杂，通常是一台PC机通过总线控制多块板卡实现对众多分控制模块(即被控对象)的控制。

针对目前复杂的曝光控制系统，提供一种只需少数板卡即可完成全部控制的曝光控制系统，降低曝光控制系统实现的复杂度，是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于光刻设备的曝光控制系统及控制方法，所述控制系统结构紧凑、层次清晰、维护性强，可减小曝光控制系统实现的复杂程度。

为了实现上述的目的，本发明提供一种用于光刻设备的曝光控制系统，包括：主控单元；曝光系统控制单元，与所述主控单元电性连接；以及分控制模块，与所述曝光系统控制单元电性连接；所述曝光系统控制单元包括照明与投影物镜控制板以及与所述照明与投影物镜控制板电性连接的照明与传感器板，所述照明与投影物镜控制板接收所述主控单元下达的指令，通过所述照明与传感器板将所述指令传输至所述分控制模块，并通过所述照明与传感器板向所述主控单元反馈所述分控制模块动作执行情况的报告。

进一步的，所述分控制模块包括：光源系统、能量传感器模块、光斑能量传感器模块、滤波器模块、快门模块以及投影物镜可动镜片模块。

进一步的，所述光源系统包括一汞灯，所述汞灯通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令关闭或开启。

进一步的，所述能量传感器模块包括能量传感器控制器以及能量传感器，所述能量传感器控制器通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令驱动所述能量传感器动作。

进一步的，所述光斑能量传感器模块包括光斑能量传感器控制器以及光斑能量传感器，所述光斑能量传感器控制器通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令驱动所述光斑能量传感器动作。

进一步的，所述滤波器模块包括滤波控制器以及滤波片，所述滤波控制器安装在一照明机箱内，其通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令控制所述滤波片的位置。

进一步的，所述快门模块包括快门控制器以及快门，所述快门控制器安装在所述照明机箱内，其通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令驱动所述快门的开合。

进一步的，所述投影物镜可动镜片模块包括投影物镜可动镜片电机控制器、投影物镜可动镜片电机以及投影物镜可动镜片，所述投影物镜可动镜片电机控制器安装在所述照明机箱内，其通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，所述投影物镜可动镜片电机根据所述指令控制所述投影物镜可动镜片的位置。

进一步的，所述照明与投影物镜控制板安插在VME总线机箱的背板上。

进一步的，所述照明与传感器板安插在所述VME总线机箱的背板上。

进一步的，所述指令包括：光源关闭或重启指令、系统初始化指令、系统校准指令、在线测试指令、状态信息请求指令以及光源状态请求指令。

进一步的，所述报告包括：指令确认、初始化报告、曝光过程报告、系统状态报告、环境条件报告、光源状态报告以及警告信息。

本发明还提供了一种用于光刻设备的曝光控制系统的控制方法，包括以下步骤：照明与投影物镜控制板接收主控单元下达的指令；通过照明与传感器板将所述指令传输至分控制模块；所述分控制模块根据所述指令进入指定工作状态；通过所述照明与传感器板将所述分控制模块动作执行情况的报告反馈至所述主控单元。

进一步的，所述工作状态包括：初始化状态、步进曝光状态、在线测校状态、空闲状态以及终止状态。

进一步的，所述分控制模块包括：光源系统、能量传感器模块、光斑能量传感器模块、滤波器模块、快门模块以及投影物镜可动镜片模块。

进一步的，所述光源系统包括一汞灯，所述汞灯通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令关闭或开启。

进一步的，所述能量传感器模块包括能量传感器控制器以及能量传感器，所述能量传感器控制器通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令驱动所述能量传感器动作。

进一步的，所述光斑能量传感器模块包括光斑能量传感器控制器以及光斑能量传感器，所述光斑能量传感器控制器通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令驱动所述光斑能量传感器动作。

进一步的，所述滤波器模块包括滤波控制器以及滤波片，所述滤波控制器安装在一照明机箱内，其通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令控制所述滤波片的位置。

进一步的，所述快门模块包括快门控制器以及快门，所述快门控制器安装在所述照明机箱内，其通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令驱动所述快门的开合。

进一步的，所述投影物镜可动镜片模块包括投影物镜可动镜片电机控制器、投影物镜可动镜片电机以及投影物镜可动镜片，所述投影物镜可动镜片电机控制器安装在所述照明机箱内，其通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，所述投影物镜可动镜片电机根据所述指令控制所述投影物镜可动镜片的位置。

进一步的，所述照明与投影物镜控制板安插在VME总线机箱的背板上。

进一步的，所述照明与传感器板安插在所述VME总线机箱的背板上。

进一步的，所述指令包括：光源关闭或重启指令、系统初始化指令、系统校准指令、在线测试指令、状态信息请求指令以及光源状态请求指令。

进一步的，所述报告包括：指令确认、初始化报告、曝光过程报告、系统状态报告、环境条件报告、光源状态报告以及警告信息

综上所述，本发明所提供的用于光刻设备的曝光控制系统及控制方法具有以下有益效果：

1、结构紧凑，容易实现，通过照明与投影物镜控制板与照明与传感器板两块板卡即可完成对各个分控制模块的控制；

2、控制结构层次清晰，控制结构按照三个层次设计，每个层次向下树形结构分布，便于整体控制，方便上层调用；

3、维护性强，由于采用了分布控制，维护只需要针对相应的树形结点，易于更换控制对象。

附图说明

图1为本发明一实施例所提供的曝光控制系统的系统控制结构框图；

图2为本发明一实施例所提供的曝光控制系统的信息交换结构框图；

图3为本发明一实施例所提供的曝光控制系统的结构示意图；

图4为本发明一实施例所提供的曝光控制系统与光刻设备之间的总体布局、工作原理结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方案对本发明提出的用于光刻设备的曝光控制系统及控制方法作进一步详细说明。

请参考图1至图3，其中，图1为本发明一实施例所提供的曝光控制系统的系统控制结构框图，图2为本发明一实施例所提供的曝光控制系统的信息交换结构框图，图3为本发明一实施例所提供的曝光控制系统的结构示意图，所述曝光控制系统包括：主控单元(MCU)100、曝光系统控制单元(IPC)200以及多个分控制模块，详细的，曝光系统控制单元200包括照明与投影物镜控制板(IPCM)210以及与照明与投影物镜控制板210电性连接的照明与传感器板(ISB)220，所述分控制模块包括：光源系统(Lamp)300、滤波器模块(Filter)400、快门模块(Shutter)500、投影物镜可动镜片模块600、能量传感器模块(ED)700以及光斑能量传感器模块(ESS)800。

其中，主控单元100为工作站，提供人机接口，照明与投影物镜控制板210通过局域网10接收主控单元100下达的指令后，通过照明与传感器板220将所述指令传输至所述分控制模块，并通过照明与传感器板220向主控单元100反馈所述分控制模块动作执行情况的报告。本发明所提供的曝光控制系统结构紧凑，容易实现，通过照明与投影物镜控制板210与照明与传感器板220两块板卡即可完成对众多分控制模块的控制，大大减小了曝光控制系统实现的复杂程度。

其中，本发明一实施例所提供的用于光刻设备的曝光控制系统可分为三个层次，最上层是照明与投影物镜控制板210，其为整个曝光控制系统的核心，照明与投影物镜控制板210与上层的调用者即主控单元100交互信息，并控制光刻设备的曝光系统协调动作，以达到理想的曝光效果；中间一层为照明与传感器板220，其用以完成指令分发和数据采集，其接收照明与投影物镜控制板210的指令，下发到各个分控制模块，并向上反馈执行结果；最下层为分控制模块，包括控制器和控制器的驱动对象。本发明所提供的曝光控制系统的控制结构层次清晰，控制结构按照三个层次设计，每个层次向下树形结构分布，便于整体控制，方便上层调用，且维护性强，由于采用了分布控制，维护只需要针对相应的树形结点，易于更换控制对象。

具体的说，所述分控制模块包括：光源系统300、滤波器模块400、快门模块500、投影物镜可动镜片模块600、能量传感器模块700以及光斑能量传感器模块800。

其中，光源系统300包括一汞灯，所述汞灯通过曝光系统控制单元200接收主控单元100下达的指令，并根据所述指令关闭或开启；滤波器模块400包括滤波控制器410以及滤波片420，滤波控制器410通过曝光系统控制单元200接收主控单元100下达的指令，并根据所述指令控制滤波片420的位置；快门模块500包括快门控制器510以及快门520，快门控制器510通过曝光系统控制单元200接收主控单元100下达的指令，并根据所述指令驱动快门520的开合；投影物镜可动镜片模块600包括投影物镜可动镜片电机控制器610、投影物镜可动镜片电机620以及投影物镜可动镜片630，投影物镜可动镜片电机控制器610通过曝光系统控制单元200接收主控单元100下达的指令，投影物镜可动镜片电机620根据所述指令控制投影物镜可动镜片630的位置。

此外，能量传感器模块700包括能量传感器控制器710以及能量传感器720，能量传感器控制器710通过曝光系统控制单元200接收主控单元100下达的指令，并根据所述指令驱动所述能量传感器720动作；光斑能量传感器模块800包括光斑能量传感器控制器810以及光斑能量传感器820，光斑能量传感器810通过曝光系统控制单元200接收主控单元100下达的指令，并根据所述指令驱动光斑能量传感器820动作。照明与传感器板220用以采集能量传感器模块700以及光斑能量传感器模块800的信号，并提供给曝光系统控制和测校使用。

如图3所示，照明与投影物镜控制板210以及照明与传感器板220均安插在光刻设备的VME总线机箱20的背板上，滤波控制器410、快门控制器510以及投影物镜可动镜片电机控制器610放置在光刻设备的照明机箱30中，滤波控制器410、快门控制器510以及投影物镜可动镜片电机控制器610从照明机箱30引入外部电源40供电。

在本发明一实施例中，曝光控制系统的接口包括：

接口L1：其为照明与投影物镜控制板210向外提供的一个控制接口，对曝光系统的所有控制指令都可以通过该接口调用接口函数实现，其接口协议为TCP/IP。

接口L2：其为调试用串口。

接口L3：其为标准RS232接口，用于照明与传感器板220向光源系统300发送控制指令，并读取光源系统300的工作参数。

接口L4：其为照明与传感器板220和光源系统300之间一些其它的信号接口。

接口L5：其用于将能量传感器模块700采集的能量信号传输至照明与传感器板220，其采用BNC接头。

接口L6：其用于将光斑能量传感器模块800采集的能量信号传输至照明与传感器板220，其采用BNC接头。

接口L7：其用于控制投影物镜可动镜片模块600。

接口L8：其为滤波器模块400向外提供的控制接口，照明与传感器板220通过该接口控制滤波片420的位置。

接口L9：其为快门模块500向外提供的控制接口。

接口L10：其为快门模块500向外提供的用于控制快门520开关的触发信号，其采用BNC接头。

需要说明的是，本接口及协议仅适用于本发明一实施例，在本发明其它实施例中，根据曝光控制系统需要需更改接口协议。

本发明一实施例所提供的用于光刻设备的曝光控制系统的控制方法，包括如下步骤：照明与投影物镜控制板210接收主控单元100下达的指令；照明与投影物镜控制板210通过照明与传感器板220将所述指令传输至分控制模块；所述分控制模块根据所述指令进入指定工作状态；照明与投影物镜控制板210通过照明与传感器板220将所述所述分控制模块动作执行情况的报告向主控单元100反馈。

其中，所述指令包括：光源关闭或重启指令、系统初始化指令、系统校准指令、在线测试指令、状态信息请求指令以及光源状态请求指令；所述报告包括：指令确认、初始化报告、曝光过程报告、系统状态报告、环境条件报告、光源状态报告以及警告信息。

所述曝光控制系统的工作状态包括：初始化状态、步进曝光状态、在线测校状态、空闲状态以及终止状态。

具体的说，初始化状态是在曝光系统开始准备曝光以及曝光系统重启时执行，曝光系统依靠主控单元100下达的指令预先设定各分控制模块的缺省状态，并确认各分控制模块处于可用状态。接下来，曝光系统进入步进曝光状态，所述各分控制模块以步进曝光方式完成步进曝光流程。在线测校状态是指在曝光流程中，为保证步进曝光流程正常进行，即保证光刻工艺的各项指标要求，所进行的在线测试校准流程，其包括成像质量前馈校正、曝光剂量反馈校正、物镜环境条件的监测、光源工作条件的监测、安全装置的监测等。所述空闲状态是指在正常步进曝光过程中，曝光控制系统处于步进曝光状态、在线测校状态、初始化状态之外的一种等待主控制单元100下达指令的状态。曝光控制系统的曝光系统控制单元200将空闲状态报告反馈给主控单元100，以等待主控单元100的进一步指令。所述终止状态是指当步进曝光流程结束时，或者当出现各种警告、出错情况时，需要设置曝光控制系统的终止状态，这样应当定义所有相关硬件与软件的终止过程，主控单元100根据曝光系统控制单元200反馈的曝光流程结束报告或者警告信息，以相应指令激活相关分控制模块的终止过程，或者是激活全部终止过程。

请继续参考图4，其为本发明一实施例所提供的用于光刻设备的曝光控制系统与光刻设备之间的总体布局、工作原理结构示意图，并结合图1至图3，光源系统300所提供的照明光束经第一镜头组50入射至快门520，快门控制器510通过控制快门520的开合控制曝光剂量，滤波控制器410通过控制滤波片420的位置选择透过的光波长范围，能量传感器720测量分光镜(未图示)从第二镜头组60中分离出的固定比例的光，通过测量该部分光强，可以间接得出硅片表面(未图示)的光强大小，光斑能量传感器820置于硅片台(未图示)上，通过光斑能量传感器820可直接测得到达硅片表面的光能大小，光斑能量传感器820仅用于测量校准流程，曝光系统的投影物镜包括投影物镜可动镜片630与投影物镜不可动镜片，投影物镜可动镜片电机控制器610通过控制投影物镜可动透镜电机620控制投影物镜可动透镜630的位置，以调节掩模板70在硅片上的光学成像的放大率与畸变，补偿工作环境变化引起的成像误差。

综上所述，本发明提供一种用于光刻设备的曝光控制系统及控制方法，所述曝光系统控制单元包括照明与投影物镜控制板以及与所述照明与投影物镜控制板电性连接的照明与传感器板，所述照明与投影物镜控制板接收所述主控单元下达的指令，通过所述照明与传感器板将所述指令传输至所述分控制模块，并通过所述照明与传感器板向所述主控单元反馈所述分控制模块动作执行情况的报告。所述曝光控制系统结构紧凑且容易实现，其通过照明与投影物镜控制板以及照明与传感器板两块板卡即可完成对各个分控制模块的控制，且控制结构层次清晰，控制结构按照三个层次设计，每个层次向下树形结构分布，便于整体控制，方便上层调用，且维护性强，维护时只需要针对相应的树形结点，易于更换控制对象，大大降低了曝光控制系统实现的复杂程度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (23)

1.一种用于光刻设备的曝光控制系统，包括：

主控单元；

曝光系统控制单元，与所述主控单元电性连接；以及

分控制模块，与所述曝光系统控制单元电性连接，所述分控制模块包括：光源系统、能量传感器模块、光斑能量传感器模块、滤波器模块、快门模块以及投影物镜可动镜片模块；

其特征在于，所述曝光系统控制单元包括照明与投影物镜控制板以及与所述照明与投影物镜控制板电性连接的照明与传感器板，所述照明与投影物镜控制板接收所述主控单元下达的指令，通过所述照明与传感器板将所述指令传输至所述分控制模块，并通过所述照明与传感器板向所述主控单元反馈所述分控制模块动作执行情况的报告。

2.如权利要求1所述的曝光控制系统，其特征在于，所述光源系统包括一汞灯，所述汞灯通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令关闭或开启。

3.如权利要求1所述的曝光控制系统，其特征在于，所述能量传感器模块包括能量传感器控制器以及能量传感器，所述能量传感器控制器通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令驱动所述能量传感器动作。

4.如权利要求1所述的曝光控制系统，其特征在于，所述光斑能量传感器模块包括光斑能量传感器控制器以及光斑能量传感器，所述光斑能量传感器控制器通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令驱动所述光斑能量传感器动作。

5.如权利要求1所述的曝光控制系统，其特征在于，所述滤波器模块包括滤波控制器以及滤波片，所述滤波控制器安装在一照明机箱内，其通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令控制所述滤波片的位置。

6.如权利要求5所述的曝光控制系统，其特征在于，所述快门模块包括快 门控制器以及快门，所述快门控制器安装在所述照明机箱内，其通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令驱动所述快门的开合。

7.如权利要求5所述的曝光控制系统，其特征在于，所述投影物镜可动镜片模块包括投影物镜可动镜片电机控制器、投影物镜可动镜片电机以及投影物镜可动镜片，所述投影物镜可动镜片电机控制器安装在所述照明机箱内，其通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，所述投影物镜可动镜片电机根据所述指令控制所述投影物镜可动镜片的位置。

8.如权利要求1所述的曝光控制系统，其特征在于，所述照明与投影物镜控制板安插在VME总线机箱的背板上。

9.如权利要求8所述的曝光控制系统，其特征在于，所述照明与传感器板安插在所述VME总线机箱的背板上。

10.如权利要求1所述的曝光控制系统，其特征在于，所述指令包括：光源关闭或重启指令、系统初始化指令、系统校准指令、在线测试指令、状态信息请求指令以及光源状态请求指令。

11.如权利要求1所述的曝光控制系统，其特征在于，所述报告包括：指令确认、初始化报告、曝光过程报告、系统状态报告、环境条件报告、光源状态报告以及警告信息。

12.一种如权利要求1所述的用于光刻设备的曝光控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

照明与投影物镜控制板接收主控单元下达的指令；

通过照明与传感器板将所述指令传输至分控制模块；

所述分控制模块根据所述指令进入指定工作状态，所述分控制模块包括：光源系统、能量传感器模块、光斑能量传感器模块、滤波器模块、快门模块以及投影物镜可动镜片模块；

通过所述照明与传感器板将所述分控制模块动作执行情况的报告反馈至所述主控单元。

13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述工作状态包括：初始化状态、步进曝光状态、在线测校状态、空闲状态以及终止状态。 

14.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述光源系统包括一汞灯，所述汞灯通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令关闭或开启。

15.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述能量传感器模块包括能量传感器控制器以及能量传感器，所述能量传感器控制器通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令驱动所述能量传感器动作。

16.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述光斑能量传感器模块包括光斑能量传感器控制器以及光斑能量传感器，所述光斑能量传感器控制器通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令驱动所述光斑能量传感器动作。

17.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述滤波器模块包括滤波控制器以及滤波片，所述滤波控制器安装在一照明机箱内，其通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令控制所述滤波片的位置。

18.如权利要求17所述的控制方法，其特征在于，所述快门模块包括快门控制器以及快门，所述快门控制器安装在所述照明机箱内，其通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，并根据所述指令驱动所述快门的开合。

19.如权利要求17所述的控制方法，其特征在于，所述投影物镜可动镜片模块包括投影物镜可动镜片电机控制器、投影物镜可动镜片电机以及投影物镜可动镜片，所述投影物镜可动镜片电机控制器安装在所述照明机箱内，其通过所述曝光系统控制单元接收所述主控单元下达的指令，所述投影物镜可动镜片电机根据所述指令控制所述投影物镜可动镜片的位置。

20.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述照明与投影物镜控制板安插在VME总线机箱的背板上。

21.如权利要求20所述的控制方法，其特征在于，所述照明与传感器板安插在所述VME总线机箱的背板上。

22.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述指令包括：光源关 闭或重启指令、系统初始化指令、系统校准指令、在线测试指令、状态信息请求指令以及光源状态请求指令。

23.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述报告包括：指令确认、初始化报告、曝光过程报告、系统状态报告、环境条件报告、光源状态报告以及警告信息。 

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