一种光刻机曝光剂量控制系统的制作方法

本发明涉光刻机，具体涉及一种光刻机曝光剂量控制系统。

背景技术：

1、曝光剂量控制是步进扫描投影光刻机中一个不可缺少的重要环节。剂量控制板dcb(dose control board)是曝光剂量控制模块中的重要硬件板卡。dcb是硅片扫描控制系统与其硬件照明子系统的接口板。剂量控制是dcb最重要的任务，即当需要执行曝光时，dcb负责控制触发激光并测量脉冲能量值。具体的，dcb的主要功能包括实现与上位机的数据交互，执行上位机发送的命令并返回数据；触发准分子激光器(laser)输出脉冲激光；控制可变衰减器(va)的透过率；通过能量监测单元(edu)和点探测器(ess)实时采集激光脉冲能量；控制光束稳定单元(bstsa)。

2、如图1所示，传统的曝光剂量控制系统采用的架构是dcb板卡1(fpga+dsp)+dcb板卡2(fpga+mcu)+vme总线机箱架构。曝光剂量控制系统主要整体联动控制va、bstsa、edu/ess、laser。实现上述功能共包括了2块dcb板卡、一个机箱，共4个可编程芯片。且该系统若要实现一个单元控制，数据传输链路是：上位机->dcb板卡2的mcu->dcb板卡2的fpga->vme机箱总线->dcb板卡1的fpga->dcb板卡1的dsp->dcb板卡1的fpga->相关单元,可见要实现一个单元的控制，其数据链路是要经过6个过程才能实现相应功能控制。

3、因此，传统的曝光剂量控制系统具有以下缺陷：

4、1.现有的光刻机曝光剂量控制系统存在板卡多、通信链路长、软件分散、电气连接繁琐等缺点；

5、2.板卡多、通信链路长会造成剂量控制系统实时性能受限，复杂的功能难以实现，比如，不能实现va透过率自标定功能。

技术实现思路

1、针对传统的光刻机曝光剂量控制系统所存在的问题，本申请提供一种光刻机曝光剂量控制系统，采用多核异构和fpga结合的技术，解决光刻机照明中曝光剂量控制链路长、硬件复杂、电气连接繁琐等问题，提升了系统实时性，可同时实现曝光剂量控制中可变衰减器透过率自标定等功能。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、本发明提供一种光刻机曝光剂量控制系统，包括：可变衰减器、光束稳定单元、能量采集单元、激光器、控制装置和上位机；

4、所述控制装置包括多核异构控制器和fpga控制器，所述多核异构控制器包括arm核和dsp核，所述arm核、dsp核和fpga控制器集成于一dcb板卡上；

5、所述arm核用于对所述可变衰减器、光束稳定单元、能量采集单元和激光器进行应用逻辑控制；

6、所述dsp核用于对所述可变衰减器、光束稳定单元、能量采集单元和激光器进行驱动控制；

7、所述fpga控制器用于对所述可变衰减器、光束稳定单元、能量采集单元和激光器进行并行控制及多路ad高速采集；

8、所述上位机用于向所述arm核下发与曝光剂量控制相关的功能命令；

9、所述arm核与所述上位机进行网络通信，接收所述上位机下发的功能命令并对其进行解析，所述arm核与所述dsp核进行核间实时通讯，以将解析后的命令和参数发送至dsp核，所述dsp核通过高速总线与所述fpga控制器进行实时数据交互，以将接收的命令和参数发送至fpga控制器，所述fpga控制器根据接收的命令和参数控制相应的可变衰减器、光束稳定单元、能量采集单元、激光器执行相应的功能操作。

10、进一步优选的，所述激光器的出光周期为250μs，激光器的触发时序分别与能量采集单元的同步时序和光束稳定单元进行能量积分的同步时序之间存在限定关系，所述限定关系使所述dsp核和fpga控制器在激光器的出光周期内完成可变衰减器透过率的调整、光束稳定单元的光束稳定控制、能量采集单元的光束能量采集、激光器出光的控制。

11、进一步优选的，所述激光器的触发时序与能量采集单元的同步时序之间存在的限定关系为：相对于激光器出光同步信号，延时3.9us触发能量采集单元，且延时触发相对于激光出光同步信号的时间误差小于40ns。

12、进一步优选的，所述dsp核在上电时通过高速总线写内存的方式将延时触发时间3.9us写入所述fpga控制器中。

13、进一步优选的，所述能量采集单元包括edu和ess，所述edu和ess的同步误差时间小于20ns。

14、进一步优选的，所述激光器的触发时序与光束稳定单元进行能量积分的同步时序之间存在的限定关系为：相对于激光器出光同步信号，同步触发光束稳定单元进行能量积分，及，间隔100us触发光束稳定单元进行能量积分复位，且，同步触发和间隔触发分别相对于激光器出光同步信号的时间误差均小于40ns。

15、进一步优选的，所述dsp核在上电时通过高速总线写内存的方式将间隔触发时间100us写入所述fpga控制器中。

16、进一步优选的，在激光器的出光周期内，所述dsp核还用于对可变衰减器的透过率进行自标定。

17、进一步优选的，所述dsp核对可变衰减器的透过率进行自标定的过程中，通过专家pid自动调节可变衰减器中电机位置的变化速率，使可变衰减器的实际透过率逼近期望透过率。

18、通过本发明提供的光刻机曝光剂量控制系统，采用arm核+dsp核+fpga架构，来解决传统光刻机照明中曝光剂量控制链路长、硬件复杂、电气连接繁琐等问题，还解决了控制系统实时性能受限的问题，同时，通过优化arm核、dsp核和fpga控制器之间的资源划分和核间通讯技术来保证系统的性能，以实现曝光剂量控制中可变衰减器透过率自标定等复杂功能。

技术特征：

1.一种光刻机曝光剂量控制系统，其特征在于，包括：可变衰减器、光束稳定单元、能量采集单元、激光器、控制装置和上位机；

2.如权利要求1所述的光刻机曝光剂量控制系统，其特征在于，所述激光器的出光周期为250μs，激光器的触发时序分别与能量采集单元的同步时序和光束稳定单元进行能量积分的同步时序之间存在限定关系，所述限定关系使所述dsp核和fpga控制器在激光器的出光周期内完成可变衰减器透过率的调整、光束稳定单元的光束稳定控制、能量采集单元的光束能量采集、激光器出光的控制。

3.如权利要求2所述的光刻机曝光剂量控制系统，其特征在于，所述激光器的触发时序与能量采集单元的同步时序之间存在的限定关系为：相对于激光器出光同步信号，延时3.9us触发能量采集单元，且延时触发相对于激光出光同步信号的时间误差小于40ns。

4.如权利要求3所述的光刻机曝光剂量控制系统，其特征在于，所述dsp核在上电时通过高速总线写内存的方式将延时触发时间3.9us写入所述fpga控制器中。

5.如权利要求3所述的光刻机曝光剂量控制系统，其特征在于，所述能量采集单元包括edu和ess，所述edu和ess的同步误差时间小于20ns。

6.如权利要求2所述的光刻机曝光剂量控制系统，其特征在于，所述激光器的触发时序与光束稳定单元进行能量积分的同步时序之间存在的限定关系为：相对于激光器出光同步信号，同步触发光束稳定单元进行能量积分，及，间隔100us触发光束稳定单元进行能量积分复位，且，同步触发和间隔触发分别相对于激光器出光同步信号的时间误差均小于40ns。

7.如权利要求6所述的光刻机曝光剂量控制系统，其特征在于，所述dsp核在上电时通过高速总线写内存的方式将间隔触发时间100us写入所述fpga控制器中。

8.如权利要求5所述的光刻机曝光剂量控制系统，其特征在于，在激光器的出光周期内，所述dsp核还用于对可变衰减器的透过率进行自标定。

9.如权利要求8所述的光刻机曝光剂量控制系统，其特征在于，所述dsp核对可变衰减器的透过率进行自标定的过程中，通过专家pid自动调节可变衰减器中电机位置的变化速率，使可变衰减器的实际透过率逼近期望透过率。

技术总结
本申请提供一种光刻机曝光剂量控制系统，包括：可变衰减器、光束稳定单元、能量采集单元、激光器、控制装置和上位机；控制装置包括多核异构控制器和FPGA控制器，多核异构控制器包括ARM核和DSP核；ARM核用于对可变衰减器、光束稳定单元、能量采集单元和激光器进行应用逻辑控制；DSP核用于对可变衰减器、光束稳定单元、能量采集单元和激光器进行驱动控制；FPGA控制器用于对可变衰减器、光束稳定单元、能量采集单元和激光器进行并行控制及多路AD高速采集；上位机用于向ARM核下发与曝光剂量控制相关的功能命令；本申请采用多核异构控制器(DSP核与ARM核)+FPGA的架构来简化系统链路、软硬件复杂性的目的，提升了控制系统的实时性，使该控制系统能够实现复杂的功能。

技术研发人员：陈浩然,李立孟,张友宝,马兴华,童长青,雷波涛
受保护的技术使用者：上海镭望光学科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12