CN104698765B - 步进扫描光刻机控制方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种步进扫描光刻机控制方法与系统，其方法为：根据步进扫描光刻机的工作步骤，将光刻机各个分系统分类，第一部分由第一控制单元控制，第二部分由第二控制单元控制，其中，所述第一控制单元控制的分系统第一部分全程参与步进扫描光刻机的工作步骤，所述第二控制单元控制的分系统第二部分分时段参与步进扫描光刻机的工作步骤，工作站或服务器通过以太网网络分别与所述第一控制单元和第二控制单元相连，所述第一控制单元与第二控制单元通过同步总线和光纤接口进行数据传输。本发明通过将各分系统分类控制，充分利用了主控制计算机的计算能力，减少了分系统计算机的使用数量，提高了整机的控制效率，降低了硬件成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种步进扫描光刻机控制方法与系统。
背景技术
随着半导体产业的发展，尤其是LED产业的发展，光刻机设计的小型化、低成本化成为趋势。目前常见的小型化、低成本化的做法是使用新材料，通过不同材料的特性或价格差异达到设计目的，而作为上层的控制架构和作为执行指令的控制硬件，则较少改变。
目前常用的控制方法如图1所示：
该方案用一个工作站或服务器作为主控制单元，执行上层软件，通过人机交互操作把指令下发给下层的分系统；光刻机的每一个分系统，如工件台分系统、曝光分系统、调焦调平分系统，分别用一个单独的分系统计算机（或控制器）控制，接收上层软件的指令。
该方案的缺点在于：1、作为上层软件载体的硬件工作站或服务器，其计算能力并没有得到很好的应用；2、由于分系统计算机不是在曝光的所有流程都使用，因此不同时间内，分系统计算机存在着使用效率低下，计算能力浪费，计算成本过高的缺点；3、由于需要考虑给每一个分系统提供硬件空间，在空间紧张的情况下，也给整机结构设计带来了困难。
发明内容
本发明提供一种步进扫描光刻机控制方法与系统，以解决现有的步进扫描光刻机控制方法与系统成本高、控制器使用效率低以及控制硬件占用空间大的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种步进扫描光刻机控制方法，根据步进扫描光刻机的工作步骤，将光刻机各个分系统分类，第一部分由第一控制单元控制，第二部分由第二控制单元控制，其中，所述第一控制单元控制的分系统第一部分全程参与步进扫描光刻机的工作步骤，所述第二控制单元控制的分系统第二部分分时段参与步进扫描光刻机的工作步骤，工作站或服务器通过以太网网络分别与所述第一控制单元和第二控制单元相连，所述第一控制单元与第二控制单元通过同步总线和光纤接口进行数据传输。
较佳地，步进扫描光刻机的工作步骤包括：
S1：硅片上片、掩模上版，其中，用传输分系统和工件台分系统进行所述硅片上片，用传输分系统和掩模台分系统进行掩模上版；
S2：用调焦调平分系统和工件台分系统进行调焦调平；
S3：用对准分系统和工件台分系统进行对准；
S4：用曝光分系统和工件台分系统进行曝光；
在S1至S4步骤中，环境控制分系统对整个工作环境进行监控。
较佳地，所述第一控制单元用于控制所述工件台分系统和掩模台分系统，所述第二控制单元用于控制所述调焦调平分系统、对准分系统、曝光分系统、传输分系统以及环境控制分系统。
本发明还提供了一种步进扫描光刻机控制系统，包括工作站或服务器、全程参与步进扫描光刻机工作步骤的第一控制单元和分时段参与步进扫描光刻机工作步骤的第二控制单元，所述工作站或服务器通过以太网网络分别与所述第一控制单元和第二控制单元相连，所述第一控制单元与第二控制单元通过同步总线和光纤接口进行数据传输。
较佳地，所述第一控制单元用于控制所述工件台分系统和掩模台分系统，所述第二控制单元用于控制所述调焦调平分系统、对准分系统、曝光分系统、传输分系统以及环境控制分系统。
较佳地，所述第一控制单元包括工件台/掩模台CPU板、工件台运动控制卡、掩模台运动控制卡、对外数据控制卡、同步控制器、工件台激光计数卡、掩模台激光计数卡以及VME总线和自定义总线，所述工件台/掩模台CPU板通过所述VME总线与所述工件台运动控制卡、掩模台运动控制卡、对外数据控制卡、同步控制器、工件台激光计数卡以及掩模台激光计数卡传递指令数据；所述同步控制器通过所述自定义总线与所述工件台运动控制卡、掩模台运动控制卡、对外数据控制卡、工件台激光计数卡以及掩模台激光计数卡建立同步控制信号。
较佳地，所述第一控制单元还包括工件台下层I/O控制板和掩模台下层I/O控制板，所述工件台运动控制卡与所述工件台下层I/O控制板相连，所述掩模台运动控制卡与所述掩模台下层I/O控制板相连，所述对外数据控制卡和同步控制器分别通过高速串行链路与外部设备相连。
较佳地，所述第二控制单元包括CPU板、硅片传输运动控制卡、掩模传输运动控制卡、对准控制卡、同步控制器、调焦调平控制卡、环境控制卡、曝光控制卡以及VME总线和自定义总线，所述CPU板通过所述VME总线与所述硅片传输运动控制卡、掩模传输运动控制卡、对准控制卡、同步控制器、调焦调平控制卡、环境控制卡以及曝光控制卡传递指令数据；所述同步控制器通过所述自定义总线与所述硅片传输运动控制卡、掩模传输运动控制卡、对准控制卡、调焦调平控制卡、环境控制卡以及曝光控制卡建立同步控制信号。
较佳地，所述第二控制单元还包括硅片传输下层I/O控制板和掩模传输下层I/O控制板，所述硅片传输运动控制卡与所述硅片传输下层I/O控制板相连，所述掩模传输运动控制卡与所述掩模传输下层I/O控制板相连，所述对准控制卡、同步控制器、调焦调平控制卡以及曝光控制卡分别通过高速串行链路与外部设备相连。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.原有的光刻机控制方法是按照分系统的功能划分控制硬件的，而本发明按照步进扫描光刻机的时间流程来划分控制硬件，资源分配更加合理，提高了整机的控制效率；
2.原有的光刻机控制系统，每个分系统需要1个分系统计算机，故分系统计算机的数量一般不少于5个，不少于4个控制机箱，而本发明只需要2块CPU板和2个控制机箱，减少了分系统计算机的使用数量，降低了硬件成本，同时减少了控制硬件占用的空间；
3.原有的光刻机控制系统，上层主控制器只承担上位软件的工作，而本发明中，上层软件除了提供上层软件的工作，还充分利用了其计算资源，完成下层系统的控制算法。
附图说明
图1为现有技术中步进扫描光刻机的结构示意图；
图2为步进扫描光刻机的一般工作步骤流程图；
图3为本发明一具体实施方式的步进扫描光刻机控制系统的结构示意图；
图4为本发明一具体实施方式的步进扫描光刻机控制系统中第一控制单元的结构示意图；
图5为本发明一具体实施方式的步进扫描光刻机控制系统中第二控制单元的结构示意图；
图6为本发明一具体实施方式的步进扫描光刻机控制系统控制步进扫描光刻机的一次曝光流程图；
图7为本发明一具体实施方式的步进扫描光刻机控制系统的一次曝光时序图。
图中：10-工作站或服务器、20-第一控制单元、30-第二控制单元、40-以太网网络、50-同步总线、60-光纤接口。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加清晰易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供的步进扫描光刻机控制方法，如图2-7所示，根据步进扫描光刻机的工作步骤，将光刻机各个分系统分类，第一部分由第一控制单元20控制，第二部分由第二控制单元30控制，其中，所述第一控制单元20控制的分系统第一部分全程参与步进扫描光刻机的工作步骤，所述第二控制单元30控制的分系统第二部分分时段参与步进扫描光刻机的工作步骤，工作站或服务器10通过以太网网络40分别与所述第一控制单元20和第二控制单元30相连，所述第一控制单元20与第二控制单元30通过同步总线50和光纤接口60进行数据传输。本发明按照步进扫描光刻机的时间流程来划分控制硬件，资源分配更加合理，提高了整机的控制效率；减少了分系统计算机的使用数量，降低了硬件成本，同时减少了控制硬件占用的空间；还充分利用了其计算资源，完成下层系统的控制算法。
较佳地，请重点参考图2，步进扫描光刻机的工作步骤包括：
S1：硅片上片、掩模上版，其中，所述硅片上片用到传输分系统和工件台分系统，所述掩模上版用到传输分系统和掩模台分系统；
S2：调焦调平，用到调焦调平分系统和工件台分系统；
S3：对准，用到对准分系统和工件台分系统；
S4：曝光，用到曝光分系统和工件台分系统；
在S1至S4步骤中，环境控制分系统间歇性地对整个工作环境进行监控。
较佳地，所述第一控制单元20用于控制所述工件台分系统和掩模台分系统，具体地，根据上述的步进扫描光刻机的工作步骤可知：工件台分系统全程参与步进扫描光刻机的工作步骤，而掩模台需与工件台同步，故掩模台分系统也属于全程参与步进扫描光刻机的工作步骤的分系统；所述第二控制单元30用于控制所述调焦调平分系统、对准分系统、曝光分系统、传输分系统以及环境控制分系统，由于调焦调平分系统、对准分系统、曝光分系统和传输分系统均在某一小段时间内参与步进扫描光刻机的工作步骤，因此这几个分系统计算机存在分时复用的可能，也就是说，本发明按照步进扫描光刻机的时间流程来将各个分系统划分为两类，对两类分系统分别进行控制，提高了整机的控制效率，并充分利用计算机的计算资源，减少了分系统计算机的使用数量，同时减少了控制硬件占用的空间。
另外，虽然所述环境控制分系统全程参与步进扫描光刻机的工作步骤，但由于其控制频率较低，也可由第二控制单元30控制。
请重点参考图3，本发明还提供了一种步进扫描光刻机控制系统，包括作为主控制器的工作站或服务器10、全程参与步进扫描光刻机工作步骤的第一控制单元20和分时段参与步进扫描光刻机工作步骤的第二控制单元30，所述工作站或服务器10通过以太网网络40分别与所述第一控制单元20和第二控制单元30相连，所述第一控制单元20与第二控制单元30通过同步总线50和光纤接口60进行数据传输，所述同步总线50用于底层同步，所述光纤接口60用于数据交换。
较佳地，所述第一控制单元20用于控制所述工件台分系统和掩模台分系统，所述第二控制单元30用于控制所述调焦调平分系统、对准分系统、曝光分系统、传输分系统以及环境控制分系统。
较佳地，请重点参考图4，所述第一控制单元20包括工件台/掩模台CPU板，用于实现与工作站或服务器10的通讯，实现上层指令下发至内部板卡、工件台运动控制卡、掩模台运动控制卡、对外数据控制卡、同步控制器、工件台激光计数卡、掩模台激光计数卡以及VME总线和自定义总线（SDB），所述工件台/掩模台CPU板通过所述VME总线与所述工件台运动控制卡、掩模台运动控制卡、对外数据控制卡、同步控制器、工件台激光计数卡以及掩模台激光计数卡传递指令数据；所述同步控制器通过所述自定义总线与所述工件台运动控制卡、掩模台运动控制卡、对外数据控制卡、工件台激光计数卡以及掩模台激光计数卡建立同步控制信号，所述对外数据控制卡用于发送/接收数据给第一控制单元20，所述同步控制器用于和第二控制单元30的底层同步，实现具体的联动曝光的各个过程。其中，VME总线传递一般的指令数据，自定义总线传递实时的控制数据。
较佳地，所述第一控制单元20还包括工件台下层I/O控制板和掩模台下层I/O控制板，所述工件台运动控制卡与所述工件台下层I/O控制板相连，所述掩模台运动控制卡与所述掩模台下层I/O控制板相连，所述对外数据控制卡和同步控制器分别通过高速串行链路与外部设备相连。
较佳地，请重点参考图5，所述第二控制单元30包括CPU板、硅片传输运动控制卡、掩模传输运动控制卡、对准控制卡、同步控制器、调焦调平控制卡、环境控制卡、曝光控制卡以及VME总线和自定义总线，所述CPU板通过所述VME总线与所述硅片传输运动控制卡、掩模传输运动控制卡、对准控制卡、同步控制器、调焦调平控制卡、环境控制卡以及曝光控制卡传递指令数据；所述同步控制器通过所述自定义总线与所述硅片传输运动控制卡、掩模传输运动控制卡、对准控制卡、调焦调平控制卡、环境控制卡以及曝光控制卡建立同步控制信号，所述同步控制器用于和第一控制单元20的底层同步，实现具体的联动曝光的各个过程。其中，VME总线传递一般的指令数据，自定义总线（SDB）传递实时的控制数据。
较佳地，所述第二控制单元30还包括硅片传输下层I/O控制板和掩模传输下层I/O控制板，所述硅片传输运动控制卡与所述硅片传输下层I/O控制板相连，所述掩模传输运动控制卡与所述掩模传输下层I/O控制板相连，所述对准控制卡、同步控制器、调焦调平控制卡以及曝光控制卡分别通过高速串行链路与外部设备相连。
具体地，本发明利用工作站或服务器10为主控制计算机，实现曝光过程指令的下发；利用工作站或服务器10为谈判控制器，实现第一、第二控制单元20、30中计算机的谈判，排列好动作序列；利用工作站或服务器10处理第二控制单元30的数据，如环境控制算法处理、硅片面型匹配算法处理等；利用第一控制单元20实现工件台/掩模台的控制，并提供第二控制单元30的同步总线及同步位置数据；利用第二控制单元30实现对除了第一控制单元20控制的分系统以外的其他分系统的控制。第二控制单元30控制的分系统是分时进行的，如在硅片传输过程中，同步控制器控制的是硅片传输控制卡，在对准过程中，同步控制器控制的是对准板卡。
请重点参考图6和图7，以步进扫描光刻机的一个工作周期为例，
准备阶段：工作站或服务器10对第一控制单元20和第二控制单元30的流程进行谈判，并将谈判的结果用指令通过以太网网络40分别发送至第一控制单元20和第二控制单元30；
硅片上片、掩模上版阶段：同步控制器通过同步总线和同步数据控制第一、第二控制单元20、30同步进入该阶段，第一控制单元20控制工件台运动控制卡或掩模台运动控制卡从而控制工件台/掩模台运动，接收硅片/掩模板，第二控制单元30控制硅片传输和掩模传输；
调焦调平阶段：同步控制器通过同步总线和同步数据控制第一、第二控制单元20、30同步进入该阶段，第二控制单元30控制调焦调平控制卡进行调焦调平，第一控制单元20控制工件台运动控制卡或掩模台运动控制卡从而控制工件台/掩模台运动，配合第二控制单元30动作；
对准阶段：同步控制器通过同步总线和同步数据控制第一、第二控制单元20、30同步进入该阶段，第二控制单元30控制对准控制卡进行对准，第一控制单元20控制工件台运动控制卡或掩模台运动控制卡从而控制工件台/掩模台运动，配合第二控制单元30动作；
曝光阶段：同步控制器通过同步总线和同步数据控制第一、第二控制单元20、30同步进入该阶段，第二控制单元30控制曝光控制卡进行曝光，第一控制单元20控制工件台运动控制卡或掩模台运动控制卡从而控制工件台/掩模台运动，配合第二控制单元30动作；
曝光完毕：同步控制器通过同步总线和同步数据控制第一、第二控制单元20、30同步进入该阶段，硅片/掩模卸载。
换句话说，在一次曝光过程中，同步控制器根据谈判结果，顺序调用传输、调焦调平、对准、曝光分系统中的板卡，充分利用了主控制计算机的计算能力，减少分系统计算机的使用数量，提高整机的控制效率，降低硬件成本。
综上所述，本发明提供的步进扫描光刻机控制方法与系统，其方法为：根据步进扫描光刻机的工作步骤，将光刻机各个分系统分类，第一部分由第一控制单元20控制，第二部分由第二控制单元30控制，其中，所述第一控制单元20控制的分系统第一部分全程参与步进扫描光刻机的工作步骤，所述第二控制单元30控制的分系统第二部分分时段参与步进扫描光刻机的工作步骤，工作站或服务器10通过以太网网络40分别与所述第一控制单元20和第二控制单元30相连，所述第一控制单元20与第二控制单元30通过同步总线50和光纤接口60进行数据传输。本发明通过将各分系统分类控制，充分利用了主控制计算机的计算能力，减少了分系统计算机的使用数量，提高了整机的控制效率，降低了硬件成本。
显然，本领域的技术人员可以对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 (6)
1.一种步进扫描光刻机控制方法，其特征在于，根据步进扫描光刻机的工作步骤，将光刻机各个分系统分类，第一部分由第一控制单元控制，第二部分由第二控制单元控制，其中，所述第一控制单元控制的分系统第一部分全程参与步进扫描光刻机的工作步骤，所述第二控制单元控制的分系统第二部分分时段参与步进扫描光刻机的工作步骤，工作站或服务器通过以太网网络分别与所述第一控制单元和第二控制单元相连，所述第一控制单元与第二控制单元通过同步总线和光纤接口进行数据传输；所述第一控制单元用于控制工件台分系统和掩模台分系统，所述第二控制单元用于控制调焦调平分系统、对准分系统、曝光分系统、传输分系统以及环境控制分系统；
其中所述第一控制单元包括工件台/掩模台CPU板、工件台运动控制卡、掩模台运动控制卡、对外数据控制卡、同步控制器、工件台激光计数卡、掩模台激光计数卡以及VME总线和自定义总线，所述工件台/掩模台CPU板通过所述VME总线与所述工件台运动控制卡、掩模台运动控制卡、对外数据控制卡、同步控制器、工件台激光计数卡以及掩模台激光计数卡传递指令数据；所述同步控制器通过所述自定义总线与所述工件台运动控制卡、掩模台运动控制卡、对外数据控制卡、工件台激光计数卡以及掩模台激光计数卡建立同步控制信号，所述对外数据控制卡用于发送/接收数据给所述第一控制单元，所述同步控制器用于和第二控制单元的底层同步，实现具体的联动曝光的各个过程。
2.如权利要求1所述的步进扫描光刻机控制方法，其特征在于，步进扫描光刻机的工作步骤包括：
S1：硅片上片、掩模上版，其中，用传输分系统和工件台分系统进行所述硅片上片，用传输分系统和掩模台分系统进行掩模上版；
S2：用调焦调平分系统和工件台分系统进行调焦调平；
S3：用对准分系统和工件台分系统进行对准；
S4：用曝光分系统和工件台分系统进行曝光；
在S1至S4步骤中，环境控制分系统对整个工作环境进行监控。
3.一种步进扫描光刻机控制系统，其特征在于，包括工作站或服务器、全程参与步进扫描光刻机工作步骤的第一控制单元和分时段参与步进扫描光刻机工作步骤的第二控制单元，所述工作站或服务器通过以太网网络分别与所述第一控制单元和第二控制单元相连，所述第一控制单元与第二控制单元通过同步总线和光纤接口进行数据传输；所述第一控制单元用于控制工件台分系统和掩模台分系统，所述第二控制单元用于控制调焦调平分系统、对准分系统、曝光分系统、传输分系统以及环境控制分系统；
其中所述第一控制单元包括工件台/掩模台CPU板、工件台运动控制卡、掩模台运动控制卡、对外数据控制卡、同步控制器、工件台激光计数卡、掩模台激光计数卡以及VME总线和自定义总线，所述工件台/掩模台CPU板通过所述VME总线与所述工件台运动控制卡、掩模台运动控制卡、对外数据控制卡、同步控制器、工件台激光计数卡以及掩模台激光计数卡传递指令数据；所述同步控制器通过所述自定义总线与所述工件台运动控制卡、掩模台运动控制卡、对外数据控制卡、工件台激光计数卡以及掩模台激光计数卡建立同步控制信号，所述对外数据控制卡用于发送/接收数据给所述第一控制单元，所述同步控制器用于和第二控制单元的底层同步，实现具体的联动曝光的各个过程。
4.如权利要求3所述的步进扫描光刻机控制系统，其特征在于，所述第一控制单元还包括工件台下层I/O控制板和掩模台下层I/O控制板，所述工件台运动控制卡与所述工件台下层I/O控制板相连，所述掩模台运动控制卡与所述掩模台下层I/O控制板相连，所述对外数据控制卡和同步控制器分别通过高速串行链路与外部设备相连。
5.如权利要求3所述的步进扫描光刻机控制系统，其特征在于，所述第二控制单元包括CPU板、硅片传输运动控制卡、掩模传输运动控制卡、对准控制卡、同步控制器、调焦调平控制卡、环境控制卡、曝光控制卡以及VME总线和自定义总线，所述CPU板通过所述VME总线与所述硅片传输运动控制卡、掩模传输运动控制卡、对准控制卡、同步控制器、调焦调平控制卡、环境控制卡以及曝光控制卡传递指令数据；所述同步控制器通过所述自定义总线与所述硅片传输运动控制卡、掩模传输运动控制卡、对准控制卡、调焦调平控制卡、环境控制卡以及曝光控制卡建立同步控制信号。
6.如权利要求5所述的步进扫描光刻机控制系统，其特征在于，所述第二控制单元还包括硅片传输下层I/O控制板和掩模传输下层I/O控制板，所述硅片传输运动控制卡与所述硅片传输下层I/O控制板相连，所述掩模传输运动控制卡与所述掩模传输下层I/O控制板相连，所述对准控制卡、同步控制器、调焦调平控制卡以及曝光控制卡分别通过高速串行链路与外部设备相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 201203 Pudong New Area East Road, No. 1525, Shanghai Applicant after: Shanghai microelectronics equipment (Group) Limited by Share Ltd Address before: 201203 Pudong New Area East Road, No. 1525, Shanghai Applicant before: Shanghai Micro Electronics Equipment Co., Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |