[发明专利]基于FPGA的孔径光阑控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及硅半导体器件技术领域，特别涉及一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的孔径光阑控制装置。

背景技术

随着超大规模集成电路的特征尺寸不断缩小，投影光刻技术得到了迅速发展，而提高光刻分辨率是光刻技术的核心。光刻分辨率是指通过光刻设备在硅片表面能曝光的最小特征尺寸，它是光刻设备最重要的性能指标。在光刻设备中，投影物镜的数值孔径(Numerical Aperture，NA值)直接影响光刻分辨率，因此提高NA值的分辨率尤其重要。通常投影物镜内设有位置可调的孔径光阑以实现NA值可变，因此增强孔径光阑控制工作的性能和稳定性就显得十分必要。

现有技术中，对孔径光阑的位置控制通常采用基于MCU或DSP实现PID算法的孔径光阑控制装置。这种使用软件程序解决的控制算法存在程序跑飞或计算机误动作的问题，因此需要手动复位来重启操作，从而容易造成孔径光阑的损毁。此外，基于MCU或DSP的孔径光阑控制装置的工作速度、集成度以及NA值分辨率都还不够。

发明内容

本发明的目的在于提供基于FPGA的孔径光阑控制装置，能够实现PID算法的硬件电路化并将其用于控制孔径光阑的位置，提供了更快的工作速度和更高的集成度，并提高了光刻设备的NA值分辨率。

本发明提供一种基于FPGA的孔径光阑控制装置，用于将孔径光阑调整至目标位置，其包括：孔径光阑；驱动电机，连接所述孔径光阑，其用于改变所述孔径光阑的位置；传感器，连接所述孔径光阑，其传感所述孔径光阑的当前位置信息以得到当前位置模拟信号；模数转换器，连接所述传感器，其将所述当前位置模拟信号转换成当前位置数字信号；目标位置设定模块，用于设定所述孔径光阑的目标位置信息并得到目标位置数字信号；FPGA，连接所述模数转换器和所述目标位置设定模块，其根据所述目标位置数字信号和所述当前位置数字信号的差值通过PID算法得到数字控制信号；数模转换器，连接所述FPGA，其将所述数字控制信号转换成模拟控制信号，并输出所述模拟控制信号给所述驱动电机。

进一步的，所述FPGA中集成有以下模块：异步串行收发模块，其与所述目标位置设定模块实现异步串行数据的收发逻辑；模数转换控制模块，其控制所述模数转换器进行模数转换并获取转换结果；PID运算模块，连接所述异步串行收发模块和所述模数转换器控制模块，其实现PID算法并输出所述数字控制信号；数模转换控制模块，其将所述数字控制信号作为待转换数据提供给所述数模转换器并控制所述数模转换器进行数模转换。

进一步的，所述FPGA为EP2C5Q208C8芯片、EP2C5F256I8芯片、EP2C8F256I8芯片或者EP2C20F256I8芯片。

进一步的，所述模数转换器为AD1674芯片、AD7457芯片、AD7896芯片或者AD7466芯片。

进一步的，所述数模转换器为AD7847芯片、AD5582芯片、AD667芯片或者AD5590芯片。

进一步的，所述目标位置设定模块包括：工作站，用于设定所述孔径光阑的目标位置信息；主控制板，通过以太网连接所述工作站，其将所述目标位置信息转换成以RS232协议发送的目标位置数字信号；RS232电平转换器，连接所述主控制板和所述FPGA，其将RS232协议电平转换成所述FPGA的工作电平。

进一步的，所述RS232电平转换器为MAX3232芯片、MAX3222芯片、MAX3241芯片或者MAX232芯片。

进一步的，在所述数模转换器和所述驱动电机之间还设置有功率放大模块，所述功率放大模块用于放大所述模拟控制信号。

进一步的，所述驱动电机为直流电机。

进一步的，所述PID算法为增量式PID算法。

与现有技术相比，本发明提供的基于FPGA的孔径光阑控制装置，通过采用FPGA来实现PID算法的硬件电路化并将其用于控制孔径光阑的位置，避免了程序跑飞或计算机误动作等问题，也不会对整个控制过程产生影响。另外，该孔径光阑控制装置采用并行处理架构和流水线优化技术，具有更快的工作速度和更高的集成度，并提高了光刻设备的NA值分辨率。

附图说明

图1显示了增量式PID算法结构；

图2为增量式PID算法的数字逻辑实现结构图；

图3为本发明的孔径光阑控制装置的结构框图；

图4为本发明的孔径光阑控制装置的工作状态流程图；

图5为孔径光阑的位置控制示意图。

具体实施方式