CN110609453A - 一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统及其工作方法 - Google Patents

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王雷
刘有余
梁艺
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苏永生
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Abstract

本发明提供一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统及其工作方法，该控制系统主要包括UV‑LED芯片、LED恒流驱动板、脉宽调制发生器、数字微镜器件芯片、DMD控制板、开关电源、温度传感器以及相关散热部件等。通过将PWM调光技术和DMD数据控制技术相结合可以灵活实现曝光光源的有效控制，该系统克服已有无掩模直写光刻的曝光光源控制系统的不足，具有成本低、寿命长、控制精度高及灵活性等优势。

Description

一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及无掩模直写光刻技术领域，尤其涉及一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统及其工作方法。
背景技术
随着半导体集成电路产业的迅猛发展，国内外对于无掩模直写光刻设备的需求量也是越来越大的。其中，曝光光源控制系统作为无掩模直写光刻设备的主要部件，对其成本、使用寿命以及控制灵活性等方面的要求也是越来越高。虽然，目前市场上无掩模直写光刻设备的曝光光源主要还是以传统的高压汞灯和LD激光器为主，但分别存在使用寿命不长、成本昂贵等不足之处。
由于UV-LED曝光光源具有以下优势：1）较大的功率能够满足光刻工艺的光能量密度上的需求；2）由于具有较小的形状尺寸而近似于点光源，有利于光学系统进行匀光设计；3）冷光源的发热量相对较少，配合散热系统可以长期使用，特别适合连续生产；4）相对于传统的高压汞灯和 LD 激光器具有使用寿命长、成本低等优势。UV-LED曝光光源被应用到无掩模直写光刻设备中。因此，设计一种用于无掩模直写光刻的UV-LED曝光光源控制系统及工作方法就显得尤为重要了。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统及其工作方法，使用UV-LED芯片进行无掩模直写光刻曝光光源控制，并且利用PWM发生器可以灵活实现曝光强度的高精度调节,无需通过电压或电流调节来控制，将DMD控制板和PWM相关联，可以实现曝光显示图形与UV-LED曝光光源开关的实时同步，避免了因不同步引起的杂光对曝光图形的影响。
本发明提供一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统，包括UV-LED芯片、LED恒流驱动板、脉宽调制(缩写为PWM)发生器、数字微镜器件(缩写为DMD)芯片和DMD控制板，所述UV-LED芯片与LED恒流驱动板正负极连接，所述脉宽调制发生器的PWM端口及GND端口与LED恒流驱动板的PWM端口及GND端口分别相连，所述脉宽调制发生器的正极与LED恒流驱动板的EN端连接，所述数字微镜器件控制板的信号输出端口连接在脉宽调制发生器的正极与LED恒流驱动板的EN端之间，所述脉宽调制发生器的地线连接在数字微镜器件控制板上，所述数字微镜器件芯片与数字微镜器件控制板连接。
进一步改进在于：所述控制系统还包括开关电源，所述开关电源的正极及地线分别于LED恒流驱动板连接，开关电源采用12V的直流电源，用于给LED恒流驱动板进行供电。
进一步改进在于：所述UV-LED芯片上连接有温度传感器，通过温度传感器对UV-LED芯片工作的温度进行检测。
进一步改进在于：所述UV-LED芯片、LED恒流驱动板和数字微镜器件控制板上连接有散热部件，通过散热部件进行散热。
进一步改进在于：所述UV-LED芯片采用面阵列式的灯珠结构。
进一步改进在于：所述UV-LED芯片上的散热部件采用沟槽式结构。
进一步改进在于：所述脉宽调制发生器的工作电压为5V或3.3V。
进一步改进在于：所述数字微镜器件控制板的输出端与脉宽调制发生器通过BNC转接头进行转接。
其中，UV-LED芯片是通过导热硅脂安装在散热片结构的一端，并通过温度传感器进行温度监测的；PWM发生器的工作频率是在10KHZ以上，通过调节占空比来实现光源曝光亮度的调节；DMD作为空间光调制器可以实现曝光图形数据的动态更新，通过实时更新的数据来控制曝光光源的通断，即显示图形时才导通PWM发生器的信号开关。
本发明还提供一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统的工作方法，所述工作方法步骤如下：
S1、将待曝光的一系列数据图片帧通过控制软件导入到数字微镜器件控制板中；
S2、分别设置好待曝光的一系列数据图片帧的曝光时间、图片间隔等参数；
S3、点击软件开始曝光按钮，相应的数字微镜器件芯片上显示曝光的图形序列；
S4、数字微镜器件芯片显示图形的同时，会导通脉宽调制发生器，观察UV-LED芯片的发光情况；
S5、根据曝光工艺的需求，进行脉宽调制发生器的调节来满足UV-LED芯片输出光强的大小。
本发明的有益效果是：使用UV-LED芯片进行无掩模直写光刻曝光光源控制，并且利用PWM发生器可以灵活实现曝光强度的高精度调节,无需通过电压或电流调节来控制，将DMD控制板和PWM相关联，可以实现曝光显示图形与UV-LED曝光光源开关的实时同步，避免了因不同步引起的杂光对曝光图形的影响。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的工作调试流程图。
图3是本发明的照明光路示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1-3所示，本实施例提供了一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统，其特征在于：包括UV-LED芯片、LED恒流驱动板、脉宽调制(缩写为PWM)发生器、数字微镜器件(缩写为DMD)芯片和DMD控制板，所述UV-LED芯片与LED恒流驱动板正负极连接，所述脉宽调制发生器的PWM端口及GND端口与LED恒流驱动板的PWM端口及GND端口分别相连，所述脉宽调制发生器的正极与LED恒流驱动板的EN端连接，所述数字微镜器件控制板的信号输出端口连接在脉宽调制发生器的正极与LED恒流驱动板的EN端之间，所述脉宽调制发生器的地线连接在数字微镜器件控制板上，所述数字微镜器件芯片与数字微镜器件控制板连接。
进一步改进在于：所述控制系统还包括开关电源，所述开关电源的正极及地线分别于LED恒流驱动板连接，开关电源采用12V的直流电源，用于给LED恒流驱动板进行供电。
进一步改进在于：所述UV-LED芯片上连接有温度传感器，通过温度传感器对UV-LED芯片工作的温度进行检测。
进一步改进在于：所述UV-LED芯片、LED恒流驱动板和数字微镜器件控制板上连接有散热部件，通过散热部件进行散热。
进一步改进在于：所述UV-LED芯片采用面阵列式的灯珠结构。
进一步改进在于：所述UV-LED芯片上的散热部件采用沟槽式结构。
进一步改进在于：所述脉宽调制发生器的工作电压为3.3V。
进一步改进在于：所述数字微镜器件控制板的输出端与脉宽调制发生器通过BNC转接头进行转接。
在本实施例中，实现占空比在14%-100%的亮度调节，低于14%的占空比UV-LED是不发光的。
在本实施例中DMD芯片采用的是德州仪器的DLP9500型号的，输出端的电压是3.3V，当PWM设置成100%时，UV-LED进行全功率的工作，保证曝光强度最大。
其中，UV-LED芯片是通过导热硅脂安装在散热片结构的一端，并通过温度传感器进行温度监测的；PWM发生器的工作频率是在10KHZ以上，通过调节占空比来实现光源曝光亮度的调节；DMD作为空间光调制器可以实现曝光图形数据的动态更新，通过实时更新的数据来控制曝光光源的通断，即显示图形时才导通PWM发生器的信号开关。
本发明还提供一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统的工作方法，所述工作方法步骤如下：
S1、将待曝光的一系列数据图片帧通过控制软件导入到数字微镜器件控制板中；
S2、分别设置好待曝光的一系列数据图片帧的曝光时间、图片间隔等参数；
S3、点击软件开始曝光按钮，相应的数字微镜器件芯片上显示曝光的图形序列；
S4、数字微镜器件芯片显示图形的同时，会导通脉宽调制发生器，观察UV-LED芯片的发光情况；
S5、根据曝光工艺的需求，进行脉宽调制发生器的调节来满足UV-LED芯片输出光强的大小。
控制系统将PWM调光技术和DMD数据控制技术相结合可以灵活实现曝光光源的有效控制，该系统克服已有无掩模直写光刻的曝光光源控制系统的不足，具有成本低、寿命长、控制精度高及灵活性等优势。

Claims (9)

1.一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统，其特征在于：包括UV-LED芯片、LED恒流驱动板、脉宽调制发生器、数字微镜器件芯片和数字微镜器件控制板，所述UV-LED芯片与LED恒流驱动板正负极连接，所述脉宽调制发生器的PWM端口及GND端口与LED恒流驱动板的PWM端口及GND端口分别相连，所述脉宽调制发生器的正极与LED恒流驱动板的EN端连接，所述数字微镜器件控制板的信号输出端口连接在脉宽调制发生器的正极与LED恒流驱动板的EN端之间，所述脉宽调制发生器的地线连接在数字微镜器件控制板上，所述数字微镜器件芯片与数字微镜器件控制板连接。
2.如权利要求1所述的一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括开关电源，所述开关电源的正极及地线分别于LED恒流驱动板连接。
3.如权利要求1所述的一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统，其特征在于：所述UV-LED芯片上连接有温度传感器，通过温度传感器对UV-LED芯片工作的温度进行检测。
4.如权利要求1所述的一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统，其特征在于：所述UV-LED芯片、LED恒流驱动板和数字微镜器件控制板上连接有散热部件，通过散热部件进行散热。
5.如权利要求1所述的一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统，其特征在于：所述UV-LED芯片采用面阵列式的灯珠结构。
6.如权利要求4所述的一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统，其特征在于：所述UV-LED芯片上的散热部件采用沟槽式结构。
7.如权利要求1所述的一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统，其特征在于：所述脉宽调制发生器的工作电压为5V或3.3V。
8.如权利要求1所述的一种用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统，其特征在于：所述数字微镜器件控制板的输出端与脉宽调制发生器通过BNC转接头进行转接。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的用于无掩模直写光刻的曝光光源控制系统的工作方法，其特征在于：所述工作方法步骤如下：
S1、将待曝光的一系列数据图片帧通过控制软件导入到数字微镜器件控制板中；
S2、分别设置好待曝光的一系列数据图片帧的曝光时间、图片间隔等参数；
S3、点击软件开始曝光按钮，相应的数字微镜器件芯片上显示曝光的图形序列；
S4、数字微镜器件芯片显示图形的同时，会导通脉宽调制发生器，观察UV-LED芯片的发光情况；
S5、根据曝光工艺的需求，进行脉宽调制发生器的调节来满足UV-LED芯片输出光强的大小。
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