[发明专利]一种基于FPGA的DMD数字无掩模光刻机工件台控制系统

说明书

技术领域

本发明属于工件台控制领域，尤其涉及基于FPGA的DMD数字无掩模光刻机的工件台的控制系统。

背景技术

光刻是集成电路加工过程中最关键的工序，因此光刻机是集成电路加工过程中最关键的设备。

随着器件特征尺寸越变越小，光刻掩模技术已经成为各种光刻技术方法中可解决其应用前景的关键技术。在光刻中如何降低掩模成本，甚至发展不需要昂贵掩模的无掩模光刻技术已成为光刻业界热门的话题。

所谓的数字无掩模光刻技术与传统光刻技术有很大不同，其光刻过程是用计算机优化产生的一系列“虚拟”的数字图形，并控制投影曝光设备把图形一幅幅地投影到基片上。数字无掩模技术的优点在于掩模图形的生产数字化，通过计算机控制一些特殊的空间光调制器(Space Light Modulator，SLM)对入射光进行调制，以取代现有的光学光刻中的掩模。常见的空间光调制器有液晶显示器件(Liquid Crystal Display，LCD)、等离子体显示器件(Plasma Display Panel，PDP)和数字微反射镜器件(Digital Micromirror Device，DMD)等。而DMD是目前唯一的一种大批量生产的纯数字化空间光调制器SLM。因此数字光学无掩模光刻技术的研究都是基于DMD空间光调制器的。

DMD数字无掩模光刻机是一种高精度的光刻工艺设备，包括光学、精密机械、自动控制和计算机等领域的高科技。

DMD数字无掩模光刻机的光机部分是由照明系统1、图形发生系统2、缩小投影物镜3，工件台4组成。该系统的原理图如图1所示，照明系统1发出的光入射到图形发生系统2上，光线经图形发生系统2反射后，通过缩小投影物镜3成像在焦平面上，即可在位于工件台4上的光刻胶表面上形成所需要的图形。

根据应用需求，要在工件台上的不同位置进行刻蚀，这就要求工件台X、Y方向能灵活运动，随意调节。而DMD数字无掩模光刻机每次刻蚀的范围有限，若刻蚀大面积图形，则涉及到图形的拼接问题，要实现高精度的拼接，高精度的工件台运动控制系统也是必不可少的。加之，光刻机在曝光时要求工件台要处在最佳焦面，这就要求工件台要有精密的调焦控制系统。所以高效、高精度的工件台控制系统对提高DMD数字无掩模光刻机的性能显得尤为重要。

发明内容

本发明需要解决的技术问题在于提供一种基于FPGA的DMD数字无掩模光刻机工件台运动控制系统，以实现对DMD数字无掩模光刻机工件台X、Y方向的精确定位以及高精度的调焦控制等。

本发明的技术方案为：

本系统包括与主控计算机进行通讯的通讯接口、工件台定位控制部分、工件台位置测量部分、工件台归零部分、工件台限位电路部分。

作为对本发明的改进，所述通讯接口采用USB2.0接口与主控计算机进行通讯，其功能包括接收主控计算机发送的指令和数据以及向主控计算机发送工件台控制系统的状态数据。

作为对本发明的改进，所述的工件台定位控制部分包括FPGA中的工件台定位模块、X驱动电路、Y驱动电路以及调焦驱动电路；工件台定位模块与X驱动电路、Y驱动电路以及调焦驱动电路之间通过输入输出接口进行连接，X驱动电路、Y驱动电路以及调焦驱动电路直接驱动位于工件台上的电机进行运动。

作为对本发明的改进，所述的工件台位置测量部分包括FPGA中的工件台位置测量模块、X接收器、Y接收器以及光栅测量系统；光栅测量系统中的光栅尺位于工件台上的X、Y方向的导轨上，光栅测量系统与X接收器、Y接收器连接、而X接收器、Y接收器与FPGA中的工件台位置测量模块通过输入输出接口相连接。

作为对本发明的改进，所述的工件台归零电路将归零信号通过输入输出接口传送到FPGA中，控制系统进行归零操作。

作为对本发明的改进，所属的工件台限位电路部分在XY方向的两端分别设有两极限位开关，前一级用于切断控制输入，后一级用于切断控制输出，该限位电路将工件台的状态信息通过输入输出接口传送到FPGA，控制系统进行限位操作。

本发明需要解决的另一技术问题在于提供一种上述基于FPGA的DMD数字无掩模光刻机工件台控制系统的控制流程。

具体控制流程包括以下步骤：

1)工件台控制系统接收到主控计算机发送的合理曝光图形的起始位置和曝光数量以及待曝光的图形光图形加载成功的命令后，工件台控制系统控制开始，并判断是否需要进行归零运动，如果是则控制工件台进行归零运动，如果不是则执行下一步；