一种可变成形束电子束曝光设备控制系统及图形控制方法与流程

本发明主要涉及电子束，具体涉及一种可变成形束电子束曝光设备控制系统及图形控制方法。

背景技术：

1、可变成形束(variable shaped beam，简称vsb)电子束曝光设备是一种在曝光过程中电子束斑的形状和尺寸可不断变化的电子束曝光设备。由于可变成形束曝光设备可形成一定大小的矩形或三角形束斑，其曝光效率高，广泛用于微米、亚微米及深亚微米的曝光领域，如用于掩模版制作和小批量器件生产等。

2、可变成形束电子束曝光设备的受控部件种类多、参数范围宽，同时曝光工艺要求高精度及高效率，对控制系统硬件的检测、数据传输、输出执行等方面性能提出了很高要求。在设备曝光过程中，需要进行巨量的图形数据处理计算，这包括对图形进行场分割、图形分割、束斑分割、分类排序等复杂操作。为了提高图形精度，需要运行众多的偏差校正补偿算法，精确控制每一个束斑的形状、大小、位置以及曝光剂量，这些均需复杂且繁多的数据计算，对控制系统的计算能力要求极高；同时为了尽量提高曝光效率，尽量减少束闸的打开/关闭动作，要求控制系统的数据处理和传输具备很高的实时性。

3、目前高斯圆形束设备采用控制计算机与图形发生器结合的控制硬件架构，其中图形发生器承担了高速图形生成和高精度检测校正等功能，负责将计算机送来的图形数据轮廓化并进行圆形束斑填充，并根据计算机的校正参数对曝光图形的形状、尺寸、位置、剂量等进行校正，以保证曝光精度。

4、可变成形束电子束曝光设备相比与高斯圆形束电子束曝光设备，电子光学系统复杂度提高了很多，圆形束设备的控制系统架构存在如下不足：

5、1、计算能力不足，圆形束在图形发生器中对子场图形进行轮廓化和内部填充，而可变成形束需要进一步将子场图形分割成设备可成形的矩形和三角形束斑，这种分割算法复杂、计算量大，对于资源有限的嵌入式平台过于庞大；另一方面，可变成形束设备精度要求更高，校准校正项目更多，校正计算量大，现有的控制计算机和图形发生器计算能力均无法满足使用要求；

6、2、数据处理量过大，圆形束对版图图形进行离线式邻近效应校正，将校正后图形数据传输至设备控制计算机。但可变成形束设备的版图图形数据量巨大，一般以tb为单位，邻近效应校正后数据量增长5-100倍甚至更多，如此数据量常规工控计算机及图形发生器系统均无法胜任。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种满足可变成形电子束曝光设备对图形数据超大吞吐量、超高实时性、超高精度的控制要求的可变成形束电子束曝光设备控制系统及图形控制方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种可变成形束电子束曝光设备控制系统，包括数据处理群集、高速图形发生器和plc系统；

4、所述数据处理群集作为图形计算核心，通过第一通信总线与图形发生器和plc系统相连，并通过第二通信总线与图形发生器相连；

5、所述plc系统与低速控制部件相连；

6、所述图形发生器与电子束校正模块和电子束偏转模块相连。

7、优选地，所述数据处理群集包括多台服务器及存储阵列，通过内部核心交换机组成高速并行计算及大规模数据服务系统；多台服务器包括操作服务器、计算服务器和数据服务器；所述操作服务器负责整体流程调度及控制命令的下发，与各分系统控制器通信完成设备控制功能；所述数据服务器用于提供大规模数据的存储、查询数据服务；所述计算服务器用于提供核心的高速数据计算处理功能，包括邻近效应校正计算、图形数据分类和排序、梯形图形分割和曝光时间计算功能。

8、优选地，所述第二通信总线为10gb多模光纤；数据处理群集通过10gb多模光纤与高速图形发生器连接，采用tcp/ip协议进行高速高可靠的数据传输，把计算得到的束斑成形偏转数据、定位偏转数据、扫描偏转数据以及曝光时间数据传输至图形发生器。

9、优选地，所述plc系统作为逻辑与动作控制核心，通过现场总线或数字/模拟io采集并控制设备低速部件。

10、优选地，所述图形发生器基于高性能soc芯片，采用tcp/ip卸载技术，基于内部fpga搭建高速数据接收及处理接口电路，将数据处理群集系统传输的图形数据、校正数据、控制数据并行传输至相应的电子束偏转模块和电子束校正模块。

11、优选地，所述电子束偏转模块用于控制束闸、成形偏转器、主场偏转器以及子场偏转器，完成图形曝光的主要功能；电子束校正模块则用于对曝光过程中的动态聚焦、像散及位置进行补偿校正，保证图形曝光精度。

12、本发明还公开了一种基于如上所述的可变成形束电子束曝光设备控制系统的图形控制方法，包括步骤：

13、在曝光开始之前，将待曝光图案的数据转换为控制系统可接受识别的数据格式，并保存到数据处理群集中；

14、当曝光开始时，对图像数据进行分解，将其分解为矩形数据和梯形数据；

15、然后对分解的图形数据进行分类和排序，以实现高速和高效的曝光控制；

16、与此同时，对图形数据进行处理，计算出各写场的电子沉积能量强度分布，然后根据指定的能量分布表和转换表生成邻近修正图；

17、在确定曝光时间时，根据曝光等级进行曝光时间修正、散射光束的修正、根据曝光尺寸进行的剂量修正以及使用上述邻近效应修正图进行的修正，以确定束斑尺寸、束斑位置以及聚焦/像散校正值；

18、最后将所确定的曝光时间、束斑尺寸、束斑位置和聚焦/像散校正值，高速传输至图形发生器，由电子束校正模块对束斑形状、尺寸、位置以及聚焦、像散进行动态校正后，再传输至电子光学系统的各个控制部件，实现图形高速曝光的功能。

19、优选地，在对图像数据进行分解时，比电子束尺寸更大的矩形会进一步被分解为比电子束尺寸更小的矩形，梯形数据会进一步分解为具有任意角度的梯形和等腰直角三角形，同时也会分解为比电子束尺寸更小的条形矩形。

20、与现有技术相比，本发明的优点在于：

21、本发明通过将复杂的图形分割、图形分类排序以及曝光时间计算等图形处理过程上移到数据处理群集中进行，可以极大降低图形发生器嵌入式硬件中的图形数据处理计算量，降低图形发生器的硬件规模和难度；采用多服务器构建数据处理群集，方便算力扩展和动态优化，可以比较容易实现大规模数据的并行高速计算；图形发生器功能简化处理，采用tcp/ip卸载技术实现高速数据通信，采用fpga硬件电路实现硬件级数据校正和高速输出，可以保证图形控制数据的吞吐量和实时性；在数据处理群集中进行在线式邻近效应、雾效应、荷电效应等次生效应的校正计算，可以极大降低图形中间数据的存储量，缩短曝光工艺的等待时间，有利于提高设备的曝光效率。

技术特征：

1.一种可变成形束电子束曝光设备控制系统，其特征在于，包括数据处理群集、高速图形发生器和plc系统；

2.根据权利要求1所述的可变成形束电子束曝光设备控制系统，其特征在于，所述数据处理群集包括多台服务器及存储阵列，通过内部核心交换机组成高速并行计算及大规模数据服务系统；多台服务器包括操作服务器、计算服务器和数据服务器；所述操作服务器负责整体流程调度及控制命令的下发，与各分系统控制器通信完成设备控制功能；所述数据服务器用于提供大规模数据的存储、查询数据服务；所述计算服务器用于提供核心的高速数据计算处理功能，包括邻近效应校正计算、图形数据分类和排序、梯形图形分割和曝光时间计算功能。

3.根据权利要求1所述的可变成形束电子束曝光设备控制系统，其特征在于，所述第二通信总线为10gb多模光纤；数据处理群集通过10gb多模光纤与高速图形发生器连接，采用tcp/ip协议进行高速高可靠的数据传输，把计算得到的束斑成形偏转数据、定位偏转数据、扫描偏转数据以及曝光时间数据传输至图形发生器。

4.根据权利要求1或2或3所述的可变成形束电子束曝光设备控制系统，其特征在于，所述plc系统作为逻辑与动作控制核心，通过现场总线或数字/模拟io采集并控制设备低速部件。

5.根据权利要求1或2或3所述的可变成形束电子束曝光设备控制系统，其特征在于，所述图形发生器基于高性能soc芯片，采用tcp/ip卸载技术，基于内部fpga搭建高速数据接收及处理接口电路，将数据处理群集系统传输的图形数据、校正数据、控制数据并行传输至相应的电子束偏转模块和电子束校正模块。

6.根据权利要求5所述的可变成形束电子束曝光设备控制系统，其特征在于，所述电子束偏转模块用于控制束闸、成形偏转器、主场偏转器以及子场偏转器，完成图形曝光的主要功能；电子束校正模块则用于对曝光过程中的动态聚焦、像散及位置进行补偿校正，保证图形曝光精度。

7.一种基于权利要求1-6中任意一项所述的可变成形束电子束曝光设备控制系统的图形控制方法，其特征在于，包括步骤：

8.根据权利要求7所述的图形控制方法，其特征在于，在对图像数据进行分解时，比电子束尺寸更大的矩形会进一步被分解为比电子束尺寸更小的矩形，梯形数据会进一步分解为具有任意角度的梯形和等腰直角三角形，同时也会分解为比电子束尺寸更小的条形矩形。

技术总结
本发明公开了一种可变成形束电子束曝光设备控制系统及图形控制方法，系统包括数据处理群集、高速图形发生器和PLC系统；所述数据处理群集作为图形计算核心，通过第一通信总线与图形发生器和PLC系统相连，并通过第二通信总线与图形发生器相连；所述PLC系统与低速控制部件相连；所述图形发生器与电子束校正模块和电子束偏转模块相连。本发明能够满足可变成形电子束曝光设备对图形数据超大吞吐量、超高实时性、超高精度的控制要求。

技术研发人员：李瑫,巩小亮,范江华,李宣伦,徐剑君,朱昌利
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第四十八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/11/11