Цифровая машина для управления процессами электринно- лучевой микрообработки

 

(и) 606562

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 29.12.75 (21) 2308602/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень ¹ 12 (45) Дата опубликования описания 21.04.78 (51) М. Кл G 06Г 15/20

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 681.32.06:621. .о(О88.8) (72) Авторы изобретения

В. П. Деркач, Л. Я. Згуровец, Л. М. Зубко и В. P. Ракитский

Ю

Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) ЦИФРОВАЯ МАШИНА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ МИКРООБРАБОТКИ

Изобретение 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 микрообработки, 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).

Эта машина позволяет воспроизводить рисунки сложных интегральных схем.

Прототипом изобретения является цифровая машина для управления процессами электронно-лучевой микрообработки, содержащая блок трансмиттера, запоминающее устройство, блок управления, буферное запоминающее устройство, вычислительный блок, подключенные к кодовой шине и к шинам управляющих сигналов, блок связи с объектом управления, вход п выход которого соеди5 иены соответственно с выходом и входом вычислительного блока, вход и выход машины подключены к соответствующим входу и выходу блока связи с объектом управления.

В состав блока связи с объектом управлсния входят устройства коррекции, управления приводами координатного стола, отклонения электронного луча (2).

С помощью этой машины осуществляется управление электронно-лучевой установкой в части программного перемещения электронного луча по подложке (при этом осуществляется как шаговый, так и режим сканирования по строкам микрорастра) и координатного стола, на котором эта подложка установлена, а также формирование технологических режимов обработки с целью изготовления на основе элионных технологических процессов фотошаблонов или непосредственно компонентов интегральных микросхем.

Подготовка управляющей информации для машины заключается в разбиении топологии фотошабло <а на базовые геометрические фигуры, воспроизводимые машиной, и представленин информации, описывающей эти фигу30 ры, на языке машины. Подготовка информа3 ции 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 вы5

65 полнением необходимых геометрических преобразований (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 7 — 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

А Б В Г А> и А Б В Г А (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, прямы600562

5 ми, 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 У„„, Если таких точек несколько, то выбирается та, которая имеет также 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> и других точек на отрезке ЛФ 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

Х> равно Хв, т. е. прямая АБ параллельна оси ординат. В общем случае абсцисса недостающей точки определяется из выражения: т — А + (Хв — Х, ) (Ь т — Ь ) в А

Таким 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 рассмат5

6 риваемом 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 P (позиции 1 и II на фиг. 3).

Аналогично включаются в описание внешнего контура точки внутренних контуров, которые попадают в поле сечения. Этот процесс иллюстрируется позициями Ш и IV 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 времени, связанные с анализом на каждом шаге 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 (позиции XII — XV на фиг. 4), остается не более двух связанных точек. Так, в рассматриваемом случае в описании фигуры остаются точки E и 5К в результате разбиения контура 3 ГДЕ5КЗИ и точки К и Л, принадлежащие контуру ЗИКЛМЗ,. Сигнал 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 осуществляется блоком 8. Последовательным перебором фигур и сравнением координат их углов с координатами огоаничивающих линий исходная фиг .ра разбивается на фрагменты. которые могут быть размещены в ппеделах единичного поля отклонения. Поскольку в каждом поле отклонения отсчет координат ведется от своего и левого значения, то всем угловым точкам фигур, лежащих за ппеделами первого поля отклонения, пппсваиваются новые значения координат с учетом пх первоначальной величины и номера поля отклонения, в котором та или иная фигура размещаетсяя.

Далее проводится анализ фигур в пределах каждого поля отклонения, в результате чего определяются фигуры, которые пе входят в число базовых, воспроизводимых по одной команде. Например, треугольник РСП (см. фиг. 2) не является ни равнобедренным, ни прямоугольным и поэтом разбивается на два прямоугольных треугольника, которые уже являются базовыми фигурами. Аналогичные операции выполняются над неравнобочными и непрямоугольными трапециями. Координаты опорных точек базовых фигур по кодовой мягистрали под воздействием сигналов на шине 19 заносятся в запоминающее устройство 2. Одновременно формируется признак

-.ида фигуры (треугольник, трапеция и т. д.), 600562 являющийся 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 и 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 17 .

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 шпнс 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 снижени;о трудоемкости процесса подготовки рабочей программы, и, как следствие,— к повышению эффективности машины.

Изложенное выше можно проиллюстрировать следующим примером. Для подготовки

20 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 микропрограммирования.

Формула изобретения

Цифровая машина для управления процессами электронно-лучевой микрообработки, содержащая блок трансмиттера, запоминающее устройство, блок управления, буферное запоминающее устройство, вычислительный блок, подключенные к кодовой шине и к шинам управляющих сигнало".„блок связи с объектом управления, вход и выход которого соединены соответственно с выходом и входом вычислительного блока, вход и выход машины подключены к соответствующим входу и выходу блока связи с объектом управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности работы путем уменьшения трудоемкости процесса подготовки программы н сокращения объема памяти для хранения 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 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.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 477417, кл. G 06F 15!20, 1974.

2.Заявка № 2074514 24, кл. G 06F 15 20, 1974, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.

600562 Уб У,),х -у

<У

° ° ° ° 0

0 0 Ф ° °

А бб/, Е М,У и /У и//НО и Р С т 42 A/ 9< 8/I As Az bgEglgAz т х

/In = Уг. р Flr/ уи <уг° Ь ° Е °

Ф ° ° 4 °

° е е е ° ° ь ° ° ° ° ь o °

Ar >/ б//r /Ar Аг б2 Z z lz Az

УА/ УА 2 уо(у/ уА (у//

+(=+n =Уг

У// <Уб

УТ <Уб

Х7- =

Ут = Уг

° °

3 ° 4 Ф Ф O O Ф ° Ь

Р 2sz 2Ар

Уд х„

<Уб/

А/б Z/,/АУ Е М .7 и /т Л / / // /".Г Р б А А, Р б А

Х

УУ Убг а (2 б Ул;-УА уд, <у

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° O ° 4 ° ° Ф б g б Г // F W g И И n ISH Fz Fz Ilz I/z Aу А/ // Z//

/ х

+>z >rz = 2 //

z г/ (УГ/ УГ20УГ У/2(З

0 0 4 ° 4 ° ° ° 4 Ф В 4 ° Ф 4 ° °

II - / / "/ И //// /у rz rz бгбг Г/ 8/б х H

Уи (ysz r =Уг/ Уг (Ур

Ф 4 ° ° ° ° 0 O ° ° O 4 0 ° Ф

2 2 / г/ б/

УН У//

Хг/ .У."7

° ° 4 4 ° ° ° Ф Ф 0 0

Кr/, У FМ 3 И

/ т б II/,7л м/z и л пг/ll О и// Ст х т, б Г г,К F х,у и и. Л rr H 0 и с т

А/ т х к х

Уг У

В ° Ь ° Ф и // S/ 82 бгб/ /// б, К,- х

У»/ <Уг

1 в е

А, б/ Х, Г Ar

600562

Редактор Н. Ваничева

Подписное

Заказ 270/11 Изд. № 338 Тираж 841

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4, 5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Т. Арешев

Техред А. Камышникова

Корректоры: Н. Федорова и Л. Орлова