Цифровая машина для управления процессами электринно лучевой микрообработки

(и) 606562 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное к авт. свид-ву - 22) Заявлено 29.12,75 (21) 2308602/18-2с присоединением заявки Ме 51) М. Кл е 6 06 Г 15/ Государственный комитетСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий(45) Дата опубликования Бюллетень Ло 12 писания 21.04.78(72) Авторы изобретен В. П, Деркач, Л. Я. Згуровец, Л, М. Зубко и В. Р, Ракитский рдена Ленина инст) Заявитсл ШИНА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПР НО-ЛУт 1 ЕВОЙ МИКРООБРАБОТК 54) ЦИФРОВАЯ ЭЛ ЕКТЕСС Эта машина п в сункц сложных и т Прототипом и вая машина для электронно-лучевой жащая блок тра устройство, блок уполяет воспроизводить риегральных схем.ретения является цифроуправления процессами микрообработкц, содерсмиттера, запоминающее равленця, буферное запоИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для автоматизированного управления процессами производства интегральных схем на основе элионной технологии.Известна цифровая машина для управления процессами электронно-лучевой микро- обработки, содержащая устройство управления, блок трансмиттера, запоминающее устройство, блок управления, буферное запоминающее устройство, блок выполнения операций, подключенный к кодовой шине и к шинам управляющих сигналов, блок управления координатным столом, соединенный с блоком выполнения операций, входами и выходами машины, блок совмещения осей координат, подключенный к кодовой шине, к блоку выполнения операций, к выходам машины, блок отклонения, блок угловых преобразований, изображений, подключенный к кодовой шине и к выходу блока совмещения осей координат и входу блока отклонения 1 бернетики АН Украинской ССР минающее устройство, вычислительный блок, подключенные к кодовой шине ц к шинам управляющих сигналов, блок связи с объектом управления, вход п выход которого соедц цены соответстве 1 цо с выходом и входомвычислительного блока, вход и выход машины подключены к соответствующим входу и выходу блока связи с объектом управления,В состав блока связи с объектом управлс- О ния входят устройства коррекции, управления приводами координатного стола, отклонения электронного луча 2.С помощью этой машины осуществляетсяуправление электронно-лучевой установкой в части программного перемещения электронного луча по подложке (при этом осуществляется как шаговый, так п режим сканирования по строкам мнкрорастра) и коордцнатного стола, на котором эта подложка уста- О новлена, а также формирование технологических режимов обработки с целью изготовления на основе элцонных технологических процессов фотошаблонов илц непосредственно компонентов интегральных микросхем.5 Подготовка управляющей информации длямашины заключается в разбиении топологии фотошаблона на базовые геометрические фигуры, воспроизводимые машиной, и представлении информации, описывающей эти фигу ры, на языке машины. Подготовка цнформа3ции в таком виде на этапе изучения элионных технологических методов создавала определенные удобства для технолога-оператора, поскольку программировались довольно простые технологические задачи, а основное внимание уделялось обеспечению максимальной простоты общения оператора с машиной при исследовании электронно-лучевых процессов.Подготовка управляющей информации на уровне базовых фигур для воспроизведения сложных геометрических рисунков, какими являются топологические структуры больших интегральных схем, содержащие несколько тысяч угловых точек контуров, является трудоемким процессом. Необходимость в использовании дорогостоящих универсальных вычислительных машин затрудняет оперативное изготовление фотошаблонов и увеличивает стоимость микросхем.Кроме того, увеличение объема входной информации приводит к удлинению программоносителя (например, перфоленты) и, как правило, к снижению надежности системы управления, для хранения же информации требуется значительный объем памяти машины.Отсутствует возможность оперировать с информацией, представленной в свернутом виде, например массивом данных о топологии в виде координат точек изломов (угловых точек) контуров.Целью изобретения является повышение эффективности работы путем уменьшения трудоемкости процесса подготовки программы и сокращения объема памяти для хранения данных.Для этого в машину введены блок определения угловых координат фрагментов топологической структуры, подключенный соответствующими входами и выходами к блоку управления и к кодовой шине, и блок определения координат опорных точек и вида базовых фигур, соединенный входами с выходом блока определения угловых координат фрагментов топологической структуры и с кодовой шиной, а выходами подключенный к соответствующему входу блока управления и к кодовой шине.На фиг. 1 приведена структурная схема машины; на фиг. 2 - фрагмент топологической структуры; на фиг. 3 и 4 - диаграммы, поясняющие выполнение разбиения и выделение элементарных фигур.Машина содержит блок.1 трансмиттера для ввода программ с перфоленты; запоминающее устройство 2 для хранения программы; блок 3 управления, осуществляющий распределение информации и взаимодействие блоков машины; буферное запоминающее устройство 4 для хранения текущей информации; вычислительный блок 5, выполняющий функции управления электронно-лучевой установкой в части формирования технологических режимов обработки, вычисления приращений координат точек траектории с вы 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 полнением необходимых геометрических пре. образований (поворот изображений, перенос начала координат, зеркальное отображение, изменение масштаба), управление приводами координатного стола, а также осуществляющий привязку местоположения луча к маркерным знакам с целью компенсации угловой погрешности или погрешности установки начала координат и масштаба изображения; блок 6 связи с объектом управления, преобразующий цифровые значения управляющих величин в пропорциональные регулирующие воздействия; блок 7 определения угловых координат фрагментов топологической структуры и блок 8 определения координат опорных точек и вида базовых фигур. Позициями 9 - :20 обозначены связи.Блок 3 имеет двусторонние связи для обмена управляющей информацией с блоком 1 трансмиттера и запоминающим устройством 2, а также с вычислительным блоком 5 - по шинам 17 и блоком - по шинам 18. При обращении к буферному запоминающему устройству блок 3 вырабатывает сигналы на шине 16. По шине 19 в блок 3 поступают сигналы в процессе преобразования топологической структуры, под воздействием которых блок 3 осуществляет распределение информации в памяти машины, Шины 9 - 13 предназначены для передачи регулирующих воздействий: к шине 9 подключается отклоняющая система электронно-лучевой установки; шина 10 бланкирующих сигналов - для модуляции тока луча; шины 11 и 12 управления величиной тока луча и ускоряющим напряжением; шина 13 управления приводами координатного стола, По шинам 14 и 15 в блок 6 поступают сигналы от датчиков истинного положения координатного стола и маркерных знаков соответственно.Обмен числовой информацией между блоками машины осуществляется по кодовой шине.Программа работы машины вводится с перфоленты в запоминающее устройство 2. Исходными данными является описание топологической структуры, представленное координатами угловых точек контура. Если фигура содержит внутренние контуры, образующие окна в ней, например, контуры АБ,ВГА, и АБВГА (см, фиг, 2), то в ее описании указывается соответствующий признак, а описания этих контуров приводятся отдельно, Кроме того, при описании фигуры выделяются точки, образующие впадины в контуре в направлении убывания ординаты (для рассматриваемого случая точка 3 на фиг. 2).Перед проведением процесса электроннолучевого экспонирования осуществляется разбиение фигуры на фрагменты и выделение из них базовых фигур, выполняемое совместной работой блоков 7 и 8.Сущность разбиения заключается в сечении фигуры, ограниченной контуром, прямы 6005625ми, проходящими через угловые точки контура параллельно одной из ортогональных осей. В дальнейшем будем рассматривать сечение фигуры прямыми, параллельными оси абсцисс.Пример такого разбиения показан на фиг.2 и поясняется диаграммой на фиг. 3 и 4. Для выполнения этих преобразований из запоминающего устройства 2 в буферное запоминающее устройство 4 под воздействием сигналов, формируемых блоком 3, заносятся координаты особых точек, которыми являются, например, точки впадин контура и точки внутренних контуров, имеющие минимальные значения ординат. Кроме того, в блок 7 под воздействием сигналов на шине 18, заносятся координаты опорной точки, в качестве которой автоматически выбирается точка контура, имеющая минимальные значения ординаты Умен. Если таких точек несколько, то выбирается та, которая имеет такке и минимальное значение абсциссы, например точка А (см. фиг. 2).Далее из блока 2 в блок 7 заносятся координаты точек, соседних с опорной, и в результате попарного сравнения координат взаимосвязанных точек определяются координаты изломов контура, в которых проводится сечение фигуры.Так, в рассматриваемом случае, определяется, что АФ является основанием четырехугольника, поскольку значение Уф равно значению У,т и других точек на отрезке АФ не имеется. Поскольку Уф меньше Ут и,кроме того, Ут меньше У в, то через точку Т должна проводиться секущая. Недостающая угловая точка Т четырехугольника АФТТ определяется в результате присвоения ей ординаты точки Т и абсциссы точки А, поскольку Хт равно Хв, т. е, прямая АБ параллельна оси ординат, В общем случае абсцисса недостающей точки определяется из выражения:т - тт А +(Хв Хл) (Ут - Ул )в АТаким образом, от фигуры отсекается четырехугольник, координаты угловых точек которого по кодовой, магистрали передаются в блок 8 под воздействием сигналов на шине 20, Кроме того, координаты точки Т заносятся в запоминающее устройство 2 в описание контура, а координаты точек А и Ф из описания удаляются, т. е, в дальнейшем операции проводятся над фигурой без отсеченной части. После этого в блок 7 заносятся значения координат новой опорной точки с У, например точки Р, и аналогично проводится отсечение следующей фигуры.Поскольку при удалении из описания координат точек отсеченных фигур может нарушиться связанность остающихся точек, то для исключения этого координаты образовавшихся изолированных точек перемещаются в пределах информационного поля памяти, занимая освободившиеся места. Так, в рассмат 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 6риваемом случае вместо точки Л помещается описание вновь образованной точки Т, точка Ф была последней в описании массива, и ее удаление не нарушает условия связности, а описания точек С и Т перемещаются на одну позицию каждая для заполнения вакансии на месте точки Р (позттции 1 и 11 на фиг. 3).Аналогично включаются в описание внешнего контура точки внутренних контуров, которые попадают в поле сечения. Этот процесс иллюстрируется позициями 111 и 1 Ъ на диаграмме фиг. 3. Благодаря тому, что координаты особых точек, которые могут повлиять на процесс разбиения фигуры, находятся в буферном запоминающем устройстве 4, исключаются непроизводительные потери вре. мени, связанные с анализом на каждом цтаге разбиения всех точек контура для выявления особых,Процесс разбиения фигуры на фрагменты завершается, когда в описании исходного односвязанного контура или нескольких несвязанных контуров, образовавшихся в рез льтате сечения фиг ры в особых точках 1 позицтттт Х 11 - ХЧ на фиг. 4), остается не более двух связанных точек. Так, в рассматриваемом случае в описании фигуры остаются точки Е и Ж в результате разбиения контура 3 ГДЕЖЗИ и точки К и Л, принадлежащтте контуру ЗИКЛМЗт. Сигна.п об окончании разбиения по шине 18. поступает в блок 3 для индикации оператору.Дальнейшее преобразование полученных фрагментов с учетом ограничений по размеру поля отклонения и наборч базовых фигур остцествляется блоком 8. Последовательным перебором фигур и сравнением координат их углов с координатами огттанттчивающих линий исходная фттгра разбивается на фрагменты, которые могут бытт. размещены в ппеделах единичного поля отклонения. Поскольку в каждом поле отклонения отсчет координат ведется от своего тглевого значения, то всем угловым точкам фигур, лежащих за ппелелами первого поля отклонения, ппттсваиватотся новые значения коорлинат с учетом пх первоначальной величины и номера поля отклоненття, в котором та илтт иная фигура размещаетсяДалее проводится анализ фигур в пределах каждого поля отклонения, в результате чего определяются фигуры, которые тте входят в число базовых, воспроизводимых по одной команле. Например, треугольник РСП (см.фиг. 2) не является ни ттавнобелренньтлт, ни прямостольттью и поэтому разбивается на лва прямоугольных треугольника, которые уже являются базовыми фттгчрамтт. Аналогичные операции выполняются нал неравнобочттьтмтт и непрямоугольными трапециями. Координаты опорных точек базовых фигур по коловой хтягттстралтт пол воздействием сигналов на шине 19 заносятся в запоминающее устройство 2. Одновременно формируется признак -ида фигуры ттреугольник, трапеция и т. д,),программы топологического рисунка, показанного на фиг. 2, для известной машины необходимо проанализировать размеры и положение в пространстве 16-ти базовых фигур, что в наиболее оптимальном случае может быть удовлетворено заданием не менее 50-ти точек, в то время как в рассматриваемой машине это описание ограничено указанием 27-ми точек, Если учесть то обстоятельство, что неравнобедренные трапеции и треугольники увеличивают количество базовых фигур для известной машины, то можно утверждать, что эта разница в количестве задаваемых точек возрастает еще более.Реализацию введенных блоков можно осуществить с помощью интегральных микропроцессоров, при этом разрабатывается соответствующее матобеспечение, создаваемое на основе односторонней машинной памяти и микропрограмм ирования,5 10 15 20являющийся командой на выполнение процедуры построения ее. После записи в блок 2 команд на воспроизведение всех фигур в пределах одного поля отклонения формируется команда перемещения координатного стола на величину, равную размеру поля отклонения, после чего аналогичные операции выполняются над фигурами очередного поля отклонения. В результате этого в запоминающем устройстве 2 накапливается программа воспроизведения структуры на заготовке фотошаблона. В соответствии с этой программой блок 5 выполняет построение фигур в заданной последовательности, управляя перемещением электронного луча ц координатного стола путем воздействия на электронно-лучевую установку управляющих сигналов, формируемых блоком 6 на шинах 9 - 13. Обмен управляющей информацией между блоками 5 и 3 осуществляется по шинам 17, и 1,Поскольку вся информация, необходимая для воспроизведения данной фигуры, находится в буферном запоминающем устройстве 4, и в ходе ее построения не происходит обращения к запоминающему устройству 2, процессы обработки подложки и подготовки программы для следующего поля отклонения совмещаются во времени, что является полезным с точки зрения повышения производительности.Процесс подготовки рабочей программы завершается, когда в запоминающее устройство 2 будет передано описание последней базовой фигуры, Прп этом на шпцс 19 формируется соответствующий сигнал, и в блоке 3 фиксируется конечный адрес программы, хранящейся в запоминающем устройстве 2. По достижении в ходе обработки подложки этого адреса на шине 17 вырабатывается сигнал окончания программы, которым блокируются все каналы управления электроннолучевой установкой; одновременно блок Ззапускает трансмиттер 1 для ввода очередной информации либо в случае его неготовности осуществляет останов машины, информируя об этом оператора.Введение в состав машины блоков определения угловых координат фрагментов топологической структуры, определения координат опорных точек и вида базовых фигур позволяет оперировать с входным языком более высокого уровня, что приводит к снижеци;о трудоемкости процесса подготовки рабочей программы, и, как следствие, - к повышению эффективности машины.Изложенное выше можно проиллюстрировать следующим примером. Для подготовки 25 30 35 40 45 50 55 Формул а изобретенияЦифровая машина для управления процессами электронно-лучевой микрообработки, содержащая блок трансмиттера, запоминающееустройство, блок управления, буферное запоминающее устройство, вычислительный блок,подключенные к кодовой шине и к шинамуправляющих сигналов, блок связи с объектом управления, вход и выход которого соединены соответственно с выходом и входомвычислительного блока, вход и выход машины подключены к соответствующим входу ивыходу блока связи с объектом управления,отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности работы путем уменьшения трудоемкости процесса подготовкипрограммы и сокращения объема памяти дляхранения данных, в нее введены блок определения угловых координат фрагментов топологической структуры, подключенный соответствующими входами и выходами к блоку управления и к кодовой шине, и блок определения координат опорных точек и вида базовыхфигур, соединенный входами с выходом блока определения угловых координат фрагментов топологической структ;ры и с кодовойшиной, а выходами подключенный к соответствующему входу блока управления и к кодовой шине.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР477417,кл. 6 06 Р 1520, 1974.2.Заявка2074514/24, кл. 6 06 Р 15/20,1974, по которой принято решение о выдачеавторского свидетельства.=Ус Уг УговеНа /7 С Ст Д/Ь/д Г/Д/ ее бгРг ге е=Й=Ь оУг Гб бгб Ггд х,7 // л /7, Н г/ Го/У Е Л,У о о е г ///. Ув/ с Уб с е ев ео е обБ 8 Г, б М,7 го /1 /7 "1 Н // Кг бг Г Г/ Ю б У///,1 Убг (У/1ю =;г /о-оо Угг Уб Уо600562 Составитель Т. Арешевактор Н. Ваничева Техред А. Камышникова Корректоры; Н. федорови Л. Орлов писное ипография, пр. Сапунова,аказ 270/11 Изд. НПО Государствен по дел 113035, Мос