[发明专利]一种电子束曝光机用电子束静电偏转器控制系统及方法

权利要求书

1.一种电子束曝光机用电子束静电偏转器控制系统，其特征在于，所述电子束曝光机用电子束静电偏转器控制系统包括：主控制器、静电偏转信号控制器和静电偏转信号发生器；其中，主控制器根据静电偏转器控制系统预定义的通讯协议发送顶层控制指令至静电偏转信号控制器；静电偏转信号控制器负责对顶层控制指令进行解释和翻译，将顶层控制指令编译成静电偏转信号发生器能够接收的底层控制信号，再将底层控制信号发送至静电偏转信号发生器；由静电偏转信号发生器执行底层控制信号，生成与电子束静电偏转器各个偏转电极上相应的扫描偏转电压信号，输入至电子束静电偏转器；

主控制器采用具有通讯接口的计算机，内部设置有相应的顶层控制程序；顶层控制程序根据用户控制命令，将通讯协议编制生成顶层控制指令，将顶层控制指令实时发送至计算机的通讯接口，传输至静电偏转信号控制器；

静电偏转信号控制器采用嵌入式计算控制单元，嵌入式计算控制单元设置有通讯接口和输出接口，嵌入式计算控制单元内设置有实时运行的控制器应用程序；静电偏转信号控制器的实时运行的控制器应用程序循环扫描通讯接口是否接收到顶层控制指令，一旦完成接收顶层控制指令，立刻根据通讯协议的解码算法，将顶层控制指令按照同静电偏转信号发生器相应电路部件所约定的时序逻辑转换为IO接口底层控制信号，通过输出接口传输至静电偏转信号发生器；

静电偏转信号发生器依次包括：双偏转扫描信号生成器、双偏转扫描信号前级放大器、多级偏转信号叠加发生器和多级偏转信号末级放大器；静电偏转信号发生器接收外部的图形扫描发生器输出的初始的x方向和y方向扫描信号，x方向和y方向的扫描信号为模拟电压信号，依次通过双偏转扫描信号生成器、双偏转扫描信号前级放大器、多级偏转信号叠加发生器和多级偏转信号末级放大器，实时转换为电子束静电偏转器各个偏转电极上所需施加的扫描偏转电压信号；

双偏转扫描信号生成器接收由图形扫描发生器所生成的初始的x方向扫描信号和初始的y方向扫描信号，变换成为电子束静电偏转器所需要的四路扫描信号；双偏转扫描信号生成器依次包括前级线性放大控制电路、信号叠加电路和末级线性放大控制电路；前级线性放大控制电路包括第一至第四可控增益线性放大控制电路；信号叠加电路包括第一和第二加法控制电路；末级线性放大控制电路包括第五至第八可控增益线性放大控制电路；第一至第四可控增益线性放大控制电路的增益系数分别为α、γ、β和δ，第五至第八可控增益线性放大控制电路的增益系数分别为1、px、1和py；第一和第三可控增益线性放大控制电路的输出端连接至第一加法控制电路的输入端，第二和第四可控增益线性放大控制电路的输出端连接至第二加法控制电路的输入端；第一加法控制电路的输出端分别连接至第五和第六可控增益线性放大控制电路的输入端，第二加法控制电路的输出端分别连接至第七和第八可控增益线性放大控制电路的输入端；初始的x方向扫描信号为X，初始的y方向扫描信号为Y，电子束静电偏转器的关联关系为线性比例关系的相互关联的四路扫描信号分别为上静电偏转器x方向扫描信号HX、上静电偏转器y方向扫描信号HY，以及下静电偏转器x方向扫描信号LX、下静电偏转器y方向扫描信号LY，上静电偏转器与下静电偏转器之间x方向扫描信号间的比例系数为px，y方向扫描信号间的比例系数为py，即LX＝px*HX，LY＝py*HY；第一至第四可控增益线性放大控制电路分别实现对x方向和y方向扫描信号进行线性增益并输出αX、γX、βY和δY；第一加法控制电路对第一可控增益线性放大控制电路输出的αX和第三可控增益线性放大控制电路输出的γX进行线性叠加合成为上静电偏转器x方向扫描信号HX，HX＝αX+βY，第二加法控制电路对第二可控增益线性放大控制电路输出的βY和第四可控增益线性放大控制电路输出的δY进行线性叠加合成为上静电偏转器y方向扫描信号HY，HY＝γX+δY；第一加法控制电路输出的上静电偏转器x方向扫描信号HX分别传输至第五和第六可控增益线性放大控制电路，第二加法控制电路输出的上静电偏转器y方向扫描信号HY分别传输至第七和第八可控增益线性放大控制电路；第五至第八可控增益线性放大控制电路实现对上静电偏转器x方向扫描信号HX和y方向扫描信号HY进行线性增益并输出上静电偏转器x方向扫描信号HX、下静电偏转器x方向扫描信号LX、上静电偏转器y方向扫描信号HY和下静电偏转器y方向扫描信号LY，其中，LX＝px*HX，LY＝py*HY，第一至第八可控增益线性放大控制电路对应的增益系数由IO接口底层控制信号控制，静电偏转信号控制器输出的IO接口底层控制信号实时传输至第一至第八可控增益线性放大控制电路，从而实现各路增益系数α、γ、β、δ、1、px、1和py的可控调整；

双偏转扫描信号前级放大器将双偏转扫描信号生成器输出的上静电偏转器和下静电偏转器的x方向扫描信号和y方向扫描信号进行放大增益的调整；双偏转扫描信号前级放大器包括第九至第十二可控增益线性放大控制电路，第九至第十二可控增益线性放大控制电路的增益系数分别为nhx、nhy、nlx和nly；双偏转扫描信号生成器的第五至第八可控增益线性放大控制电路的输出端分别连接至第九至第十二可控增益线性放大控制电路的输入端；第九至第十二可控增益线性放大控制电路分别将上静电偏转器和下静电偏转器的x方向和y方向扫描信号HX、HY、LX和LY进行线性增益并输出第一至第四扫描信号nHX、nHY、nLX和nLY，其中，nHX＝nhx*HX，nHY＝nhy*HY，nLX＝nlx*LX，nLY＝nly*LY，对应的增益系数由IO接口底层控制信号控制，静电偏转信号控制器输出的IO接口底层控制信号实时传输至第九至第十二可控增益线性放大控制电路，从而实现各路增益系数nhx、nhy、nlx和nly的可控调整；在电子束曝光机中，电子束扫描场的大小由电子束静电偏转器的扫描偏转电压信号幅值决定，幅值越大，扫描场范围越大，因此通过双偏转扫描信号前级放大器，能够实现电子束曝光机中扫描场范围的连续可调控制；

多级偏转信号叠加发生器将双偏转扫描信号前级放大器输出的第一至第四扫描信号转化为上静电偏转器和下静电偏转器上的各个偏转电极对应的扫描偏转信号；多级偏转信号叠加发生器包括上静电偏转器电极信号叠加发生器和下静电偏转器电极信号叠加发生器；上静电偏转器电极信号叠加发生器包括第十三至第十八可控增益线性放大控制电路、第三至第六加法控制电路和第十九至第二十六可控增益线性放大控制电路，第十三至第十八可控增益线性放大控制电路的增益系数分别为λ、1、λ、1、-λ和-1，第十九至第二十六可控增益线性放大控制电路的增益系数分别为1、-1、1、-1、1、-1、1和-1；第九可控增益线性放大控制电路的输出端分别连接至第十三和第十四可控增益线性放大控制电路的输入端，第十可控增益线性放大控制电路的输出端分别连接至第十五和第十八可控增益线性放大控制电路的输入端；第十三和第十六可控增益线性放大控制电路的输出端连接至第三加法控制电路的输入端，第十四和第十五可控增益线性放大控制电路的输出端连接至第四加法控制电路的输入端，第十四和第十七可控增益线性放大控制电路的输出端连接至第五加法控制电路的输入端，第十三和第十八可控增益线性放大控制电路的输出端连接至第六加法控制电路的输入端；第三加法控制电路的输出端分别连接至第十九和第二十增益线性放大控制电路的输入端，第四加法控制电路的输出端分别连接至第二十一和第二十二增益线性放大控制电路的输入端，第五加法控制电路的输出端分别连接至第二十三和第二十四增益线性放大控制电路的输入端，第六加法控制电路的输出端分别连接至第二十五和第二十六增益线性放大控制电路的输入端；上静电偏转器电极信号叠加发生器将通过双偏转扫描信号前级放大器产生的上静电偏转器的各路扫描信号转化为上静电偏转器中各个偏转电极上对应的扫描偏转信号；第十三至第十八可控增益线性放大控制电路分别实现对第一和第二扫描信号nHX和nHY进行线性增益并输出λ*nHX、nHX、λ*nHY、nHY、-λ*nHY和-nHY；第三加法控制电路对第十三可控增益线性放大控制电路输出的λ*nHX和第十六可控增益线性放大控制电路输出的nHY进行线性叠加合成为H1P，H1P＝λ*nHX+nHY，第四加法控制电路对第十四可控增益线性放大控制电路输出的nHX和第十五可控增益线性放大控制电路输出的λ*nHY进行线性叠加合成为H2P，H2P＝nHX+λ*nHY，第五加法控制电路对第十四可控增益线性放大控制电路输出的nHX和第十七可控增益线性放大控制电路输出的-λ*nHY进行线性叠加合成为H3P，H3P＝nHX-λ*nHY，第六加法控制电路对第十三可控增益线性放大控制电路输出的nHX和第十八可控增益线性放大控制电路输出的-nHY进行线性叠加合成为H4P，H4P＝λ*nHX-nHY；第十九至第二十六增益线性放大控制电路分别实现对H1P、H2P、H3P和H4P进行正负一倍线性增益并输出上静电偏转器上的各个偏转电极对应的扫描偏转信号H1P、H1N、H2P、H2N、H3P、H3N、H4P和H4N，其中，H1N＝-H1P、H2N＝-H2P、H3N＝-H3P和H4N＝-H4P；下静电偏转器电极信号叠加发生器包括第二十七至第三十二可控增益线性放大控制电路、第七至第十加法控制电路和第三十三至第四十可控增益线性放大控制电路，第二十七至第三十二可控增益线性放大控制电路的增益系数分别为λ、1、λ、1、-λ和-1，第三十三至第四十可控增益线性放大控制电路的增益系数分别为1、-1、1、-1、1、-1、1和-1；第十一可控增益线性放大控制电路的输出端分别连接至第二十七和第二十八可控增益线性放大控制电路的输入端，第十二可控增益线性放大控制电路的输出端分别连接至第二十九和第三十二可控增益线性放大控制电路的输入端；第二十七和第三十可控增益线性放大控制电路的输出端连接至第七加法控制电路的输入端，第二十八和第二十九可控增益线性放大控制电路的输出端连接至第八加法控制电路的输入端，第二十八和第三十一可控增益线性放大控制电路的输出端连接至第九加法控制电路的输入端，第二十七和第三十二可控增益线性放大控制电路的输出端连接至第十加法控制电路的输入端；第七加法控制电路的输出端分别连接至第三十三和第三十四增益线性放大控制电路的输入端，第八加法控制电路的输出端分别连接至第三十五和第三十六增益线性放大控制电路的输入端，第九加法控制电路的输出端分别连接至第三十七和第三十八增益线性放大控制电路的输入端，第十加法控制电路的输出端分别连接至第三十九和第四十增益线性放大控制电路的输入端；下静电偏转器电极信号叠加发生器将通过双偏转扫描信号前级放大器产生的下静电偏转器的各路扫描信号转化为下静电偏转器中各个偏转电极上对应的扫描偏转信号；第二十七至第三十二可控增益线性放大控制电路分别实现对第三和第四扫描信号nLX和nLY进行线性增益并输出λ*nLX、nLX、λ*nLY、nLY、-λ*nLY和-nLY；第七加法控制电路对第二十七可控增益线性放大控制电路输出的λ*nLX和第三十可控增益线性放大控制电路输出的nLY进行线性叠加合成为L1P，L1P＝λ*nLX+nLY，第八加法控制电路对第二十八可控增益线性放大控制电路输出的nLX和第二十九可控增益线性放大控制电路输出的λ*nLY进行线性叠加合成为L2P，L2P＝nLX+λ*nLY，第九加法控制电路对第二十八可控增益线性放大控制电路输出的nLX和第三十一可控增益线性放大控制电路输出的-λ*nLY进行线性叠加合成为L3P，L3P＝nLX-λ*nLY，第十加法控制电路对第二十七可控增益线性放大控制电路输出的nLX和第三十二可控增益线性放大控制电路输出的-nLY进行线性叠加合成为L4P，L4P＝λ*nLX-nLY；第三十三至第四十增益线性放大控制电路分别实现对L1P、L2P、L3P和L4P进行正负一倍线性增益并输出下静电偏转器上的各个偏转电极对应的扫描偏转信号L1P、L1N、L2P、L2N、L3P、L3N、L4P和L4N，其中，L1N＝-L1P、L2N＝-L2P、L3N＝-L3P和L4N＝-L4P；第二十七至第四十可控增益线性放大控制电路对应的增益系数由IO接口底层控制信号控制，静电偏转信号控制器输出的IO接口底层控制信号实时传输至第一至第八可控增益线性放大控制电路，从而实现各路增益系数的可控调整；

多级偏转信号末级放大器将多级偏转信号叠加发生器输出的上静电偏转器和下静电偏转器上的各个偏转电极对应的扫描偏转信号进一步放大至电子束静电偏转器实际所需的扫描偏转电压信号；包括第四十一至第五十六可控增益线性放大控制电路，增益系数均为θ，第十九至第二十六可控增益线性放大控制电路的输出端以及第三十三至第四十增益线性放大控制电路的输出端分别连接至第四十一至第五十六增益线性放大控制电路的输入端；第四十一至第五十六可控增益线性放大控制电路分别实现上静电偏转器和下静电偏转器上的各个偏转电极对应的扫描偏转信号进行线性增益并输出电子束静电偏转器各个偏转电极上相应的扫描偏转电压信号θ*H1P、θ*H1N、θ*H2P、θ*H2N、θ*H3P、θ*H3N、θ*H4P、θ*H4N、θ*L1P、θ*L1N、θ*L2P、θ*L2N、θ*L3P、θ*L3N、θ*L4P和θ*L4N，对应的增益系数由IO接口底层控制信号控制，静电偏转信号控制器输出的IO接口底层控制信号实时传输至第四十一至第五十六可控增益线性放大控制电路，从而实现各路增益系数θ的可控调整。