автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка высокопроизводительных алгоритмов и инструментальных средств подготовки управляющих программ для фотонаборных установок

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ. КОМИТЕТ ПО ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦШШЫй ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ нм. К.Э. ЦИОЛКОВСКОГО

На правах рукописи Экз. N

АРХАНГЕЛЬСКИЙ Алексей Борисович

УДК 621.3.049.77:681.306

РАЗРАБОТКА ШСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ПОДГОТОВКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ ДЛЯ ФОТОНАБОРНЫХ УСТАНОВОК

Специальность N 05.12.13 "Устройства радиотехники и средств

связи"

N 05.13.16 "Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа выполнена в Московском государственном авиационном технологическом университете им. К.Э. Циолковского.

Научный руководитель - доктор технический наук,

заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, действительный член академии электротехнических наук Российской Федерации профессор Глудкин Олег Павлович, кандидат физико-математических наук, и.о. профессора Исаков Николай Михайлович.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Шахнов Вадим Анатольевич, кандидат технических наук, Водолазский Вячеслав Иванович.

Ведущее предприятие - завод "Радиоприбор", г. Москва

Защита диссертации cocтoитqя "22" февраля 1995 года в часов на заседании специализированного совета К 063.56.03 при МГАТУ им. К.Э. Циолковского.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы просим отправлять в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, но адресу: 10?7вТ, Москва, К-31 , Петровка, 27,

МГАТУ им. К.Э. Циолковского, специализированного совета.

ученому

секретарю

Автореферат разослан

января 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета к.т.н доцент

Епанешникова И.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теын исследования. Развитие микроэлектроники приводат к все большему применению больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС). Одним из наиболее дорогих и трудоемких технологических процессов в производстве БИС и СЕКС является литографический процесс, и, в частности, проце'сс фотолитографии. Итогом процесса литографии является ссздание изображения на поверхности обрабатываемого материала. Для этой цели используют шаблоны. От быстроты и качества создания фотошаблонов в конечном счэте зависит эффективность всего производства полупроводниковых устройстве*].

Процессу автоматизации изготовления фотошаблонов на фотонаборных установках посвящено большое число исследований, направленных как на модернизацию генераторов изображений, так и на разработку нового эффективного математического обеспечения. Исходя из современного состояния математического обеспечения подготовки управляющих программ [*«], основной методикой подготовки управляющих программ для фотонаборных установок является преобразование графического образа тбпологии в язык генератора изображений, т.е. в покрытие лэйаута стандартными геометрическими образами с использованием различных, алгоритмов покрытия. В настоящее время для технологии получения фотошаблонов минимальной сложностью алгоритмов покрытия является 0(lI*Iog(N))f где N - число угловых точек топологии, полученной для алгоритмов фронтального сканирования, имеющих ограниченное применение. Однако рост числа логических элементов на единицу плецади, а также совершенствование элементов топологии ' требуют дальнейших исследований алгоритмов покрытия с целью повышения, скорости подготовки управляющих программ и, следовательно, скорости обработки и качества фотошаблонов, что является актуальной и своевременной задачей*

*) Моро У. Микролитография: В 2-х ч. : Пер. с англ. - V Мир, 1990.

**) Фейнберг В.З. Геометрические задэчтт "-лиэтгнг:: больших интегральных схем.-М.: Радио и связь, !ч-.. ■

Быстрота производства и качество фотошаблонов, применяемых при изготовлении современных полупроводниковых устройств ^дистехники и средств связи, в большой степени зависит от эффективности'4 системы автоматизации подготовки управляющих программ, поэтому предметом исследования данной работы являются системы автоматизации подготовки управляющих прогреми в формате фотонаборной установки и переноса их на накопитель на магнитной ленте (НМЛ) для производства фотошаблонов в процессах изготовления ИМС большой степени интеграции. Для установок, работающих по принципу одиночного фотонабора и векторного сканирования, ключевым мометом в вопросах автоматизации подготовки управляющих пробами является исследование и разработка новых алгоритмов покрытия топологии стандартными графическими фигурами. Следующим моментом является формирование магнитной ленты в формате генератора изображений и перенос управляющей.программы на магнитную ленту.

Цель дн ;артацнонной работы:

Создание настраиваемой автоматизированной системы подготовки управляющих программ для генераторов изображений, используе:т в производстве ИС большой степени интеграции и работающих методом одиночного фотонабора. В рамках этой цели предполагаете»:

- создание и исследование новых алгоритмов покрытия и реализация сг^тветствуицего транслятора, преобразуьдего графическую информацию о топологии ИМС в язык генераторов изображений; ■

- создание программно-аппаратного комплекса переноса информации с ПЭЗМ на НМЛ типа СМ-5300 и СМ-5309 в формате фотонаборной установка.

В работе используются методы автоматизации подготовки управляющих программ для фотонаборных установок, основанные на использовании теоремы Уитни о покрытии. Данная теорема является мощым математическим средсть,м„ широко используемым в математическом анализе. Рл новое применение для создания программно-аппаратного комплекса подготовки управляющих программ для фэтонэборшх установок, не ориентированного на кенкретнук

технологию, позволяет существенно сократить сроки полготовки и выпуска ИМС, а также повысить качество выпускаемой продукции.

Научная новизна результатов диссертационной раоота заключается в создании настраиваемой системы автоматизации процесса подготовки управляющих программ, основанной на высокопроизводительном алгоритма, позволяющем осуществлять покрытие топологии лэйаутэ Сез ориентации на конкретную технологию, что обуславливает универсальность разработанной системы. Временная сложность предложенного алгоритма G(N), что ниже временной сложности эталонного (фронтального) алгоритма покрытия» которая составляет 0(N«LogN) (гд N - число угловых точек топологии)'.

Практическая значимость работы определяется созданием -программно-аппаратного комплекса "Lis", являющегося основой настраиваемой автоматизированной системы подготовки управляющих программ для генераторов изображения, работающих методом * одиночного фотонабора для технологии производствj ИМС большой степени интеграции с использованием малых (IBM PC/XT) ресурсов вычислительных систем.

Результаты работы внедрены при изготовлении СБИС на предприятиях "ШИТП*, завод "Радиоприбор",, Ч Зоксарски? приборостроительный завод. Красноярский институт радиосвязи, в/ч N 71330-Я, завод "Старт".

Разработанные и внедренные .. в произвс ;ство

програыто-агтаратные средства позволи сократить время на технологическую подготовку производства б 2-10 раз и ' дали экономический аффект в свыше 13 млн. рублей в год, что подтверждено соответствующими актами о Бнедрении.

Результаты работы используются в учебном процессе МГАТУ им. К.Э. Циолховского при подготовке специалистов в области проектирования и технологии производства микроэлектр1 лнчх средств.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

- ежегодных^"Гагаринских чтениях" в Московском авиационном технологическом институте им. Н.Э. Циолковского в 1939-199?

годах;

- 2-ой межотраслевой научно-технической конфереидая "Применение микропроцессорных систем в управлении производством ЮТ".. Моокза, 1990;

- 4-ой Ееесоюзной школе "Проектирование автоматизированных систем контроля и управления сложными объектами". Харьков-Туапсе, 1590.

- Всесоюзной научно-технической конференции "Бути развитая электронных средств и задачи высшей школы в подготовке специалистов соответствующей квалификации". Ульяновск, 1991;

- Международной конференции-ярмарке "Технолошя програшированмя 90-х". Киев, 1991,

- Российской научно-технической конференции "Новые материалы и технолспот в машиностроении",

- Всероссийской научно-технической конференции "Интерактивные систем". Ульяновск. 1993 г,

- Рос.сийскойнаучко-техничесхой конференции "Наукоемкие технологии в машиностроении". Рыбинск. 1994 г.

Публикации. По результатам проведенных исследований и ргзработок имеется 10 публикаций.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, трех.' глав и заключения на /3& стр. ' машинописного текста, содержит список литературы го наименований-и приложений.

Основные положения представляемые на защиту:

1. Методика сравнения алгоритмов покрытия по качественным количественным критериям;

2. Универсальный алгоритм покрытия произвольных многосвязнь областей;

3. Настраиваемая автоматизированная система подготов! управляющих программ для генераторов изображений, работами методом одиночного фотонабора;

4. Программно-аппаратный комплекс связи ПЭВМ типа IBM PC ИМ СМ-5300 и СМ-5309.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сф. эмулированы цель и задачи разработки, основные положения, вынесенные ia защиту, представлены основные научные и практические результаты, кратко изложено содержание диссертации.

В первой главе рассматривается современное состояние проблемы автоматизации подготовки управляющих программ для фотонаборных установок, используемых в . производстве ИМС. Поставлена задача получения управляющих программ для генераторов изображений-,, работающих методом одиноч. jro фотонабора: для топологий, подготовленных в системах САПР.

В общем виде задача подготовки информация; для1 фотонаборной ус?ановки сводится к разбиению невыпуклого многоугольника: на. прямоугольники таким образе«, чтобы они иолностыь перекрывали поверхность Сигурн.

Для больших и сверхбольшое интегральных схем, содержащих в каждом топологическом слое по 10-15 тысяч угловых точек контуров, решение такой задачи практически невозможно без испол?--чтения ЭВМ.

В настоящее врэмя подготовка управляющих пр- грамм для фотонаборных установок производиться либо с помощью метода кремниевой компиляции, либо с использованием соответствующего транслятора.

Собственным недостатком метода кремниевой компиляции являемся его дороговизна (стоимость САПР кремниевой компиляции порядка 3 млн. долларов) и необходимость полней или частичной замены библиотечных элементов при изменении технологии производства БИС и СБИС.

Применение транслятс х>в позволяет абстрагироваться от конкретной технологии изготовления БИС и СБИС, т.к. того» и*я описывается набором граничных контуров.

Для решения задачи покрытия произвольной облает.: прямоугольными фигурами возможно использование как перегори., алгоритмов, так к алгоритмов скинчрупцегс. типа.

На настоящее вре*'я, на основе переборных алгоритм <

алгоритмов скаяируюцего типа разраОоташ алгоритмы покрытия кач односвязннх, так и многосвязных областей

_.ряк угольними Сатурами. Переборные алгоритмы просты в реализации, но оказываются эффективными лишь при покрытии одаосвязных или леболыпих (по числу угловых точек граничных кстуров) .лногосвязных областей. Существенно, что их применение в автоматизированных системах разработки фотошаблонов трг 1ует предварительного определения областей экспонирования. Данные алгоритму не применимы для покрытия фигур вегати-.лого фотоааблона БИС.

Быстродействующие алгоритмы синтеза управляющих программ для генераторов изображений используют задание топологии в- виде упорядоченного массива отрезков ее граничных контуров. При таком предстгзлезт теряется информация об областях экспонирования топологического чертежа и для определения пользуются "правилом чередования темных и светлых областей" при переходе через границу областей топологического чертежа. При таком подходе для того, чтобы по одному и тому же исходному описадг^о топологии рассчитывать управляющие программы для экспонирования как позитивного, так и негативного фотошаблона, к множеству кон-*„ров, очевидео, достаточно д, Завить объемлющий контур (рамку) топологии. При этом он станет внешней границей новой области экспонирования, а порядок чередования остальных областей изменится по с равнению с порядком- чередования областей позитивного фсошаблона следующим образом. Области экспонирования позитивного фотошаблона не будут экспонирор ться, а. области, которые не экспонировались на позитивном фотошаблоне, станут областями экспонирования. Задачу получения негативногс фотошаблона можно решать и технологически, путем контактно! печати с позитивных/фотошаблонов: однако в этом случав ухудааюта точностные параметры тг их шаблонов.

Основу переборных алгоритмов покрыт я составляет алгорип построения максимальных прклегглцих прямоугол!ников для каждоп отрезка границы топологии (рис. 1а).

Центральным понятием алгоритма фронтального сканировани является поня'че фронта, который разбивает область на трапеции

прямоугольники и треугольники (рис. 10). Если граница типологии содержит наклонные линии то, для каждой наклонной линии определяется критическая область и строится прямоугольник, полностью перекрывающий треугольную область.

а)

6)

Рис. 1. Примеры работы алгоритмов покрытия. &) алгоритм переборного типе; б) алгоритм фронтального сканирования

В настоящее время единственным критерием оценки эффективности алгоритмов является временная сложность алгоритма, которая устанавливает зависимость времени выполнения алгоритма от-объема обрабатываемой информации. Для алгоритмов переборного типа время работы теоретически оценивается как 0(Н3), а для алгоритма фронтального сканирования как 0(N*LogN). При практической реализации этих алгоритмов достичь теоретического вргчени обработки на удается из-за необходимости обращения к медленно действующем устройствам (магнитным носителям). Это вызвано большим объемом обрабатываемой информации, что характерно для БИС и СБИС.

Временная «ложность алгоритма является количественной

оценкой работы алгоритмов. В случае алгоритмов покрытия необходимо оценить работу алгоритма не только количественно, но и Клче,- .венно. Для эгого в первой главе введены коэффициенты, позволяющие оценить качество покрытия топологии, и разработана методика сравнения алгоритмов покрытия. Такими коэффициентами яв иотся: коэффициент перекрытия (К^-), коэффициент заполненности (Кзап) и количество экспозиций («эксп).

Коэффициент перекрытия позволит оценить качество покрытия с точки зрения качества экспонирования фоторезиста.

Коэффициент перекрытия - отношение перекрытой площади к площади всей фигуры. Перекрытие неизбежно возникает при покрытии топологий, содержащих наклонше линии. •

Коэффициент Р^полненности - отношение покрытой площади к площади вг-^й фигуры. Этот коэффициент позволяет оценить соответствие фс гошаблона исходной топологии.

В основе методик сравнения алгоритмов покрытия лежит вычисление соответствующих коэффициентов для характерных областей топологий БИС и СБИС.

Значения соответствущих коэффициентов для правильных многоугольников приведены в таблице.

Кол-во сторон Алгоритм покрытия

переборный фронтального сканирования

3 Лиф = 0 "зал " 0 N =0 8КСП К ■ =0 пер Кзап = 0 *аксп - 0

4 Лтвр = 4 "зап Г ' Мексп = 4 - Кпе? ' - 0 Кзап = 1 «»ксп = 1

д ! КПЭР ~ Н Лап " 1 . Н О' н | 8К0П Я ^ - 4^/М2 Кзап " 1 *Вксп ~ Н

Как видно из таблицы, применение переборного алгоритма и алгоритма фронтального сканирования ограничено областями, не содержащими острых углов.

Для обработки топология, содержащих обтрне угли, переборш/Я алгоритм и алгоритм фронтального сканирования нео ,ходимо дополнять специальными алгоритмами обработки стгвдпртних геометрических фигур.

Линейная зависимость коэффициента перекрития от числа сторон не позволяет использовать переборный алгоригм для подготовки управляющих программ для фотонаборных установок.

Наиболее эффективным является алг питм фронтального сканирования, в*котором низкий коэффициент перекрытиь соч.гается с высоким коэффициентом заполненности. Однако, как видно иг» таблица, высокий коэффициент заполненности возможен только в случав фигур, не содержащих острые угли.

Для покрытия фигур, содержащих острые углы, необходимо разрабатывать специальные алгоритмы для покрытия 'страх уггоэ. Введение подобных алгоритмов приводит к увеличению количестм экспозиций на величину, равную сумме кордановых длин наклогаих отрезков.

Применение алгоритма . фронтального етпирования

ограничивается шириной полоса, которая образуется в результате движения фронта. Эта полоса должна быть больше минимального наборного элемента. В противном случае алгоритм фронтаг ного сканирглания необходимо дополнять специальными алгоритмами адвлиза и обработка! подобных ситуаций. Для правйлышх шюгоугольников этот факт приводит к ограничению количества сторон многоуголь'ника и максимальное число сторон могет быть рассчитано по предлагаемой формуле

где Ныакг - максимальное число сторон

- радиус вписанной окружности

- минимальный размер наборного элемента.

Если сторона многоугольнике равна размеру минимального наборного элемента, покрытие такого многоугольника алгоритмом

фронтального, сканаровшкя невозможно независимо от радиуса вписанной окружности.

Проведенный оозор и сравнительный анализ методов и различных подходов к рвть.'Л» задач покрытия топологии стандартными фигурами позволяет сделать вывод о том, что при натячии большого количества алгоритмов на сегодняшний день отсутствует эффективный и универсальный алгоритм для решения за,*"»ч получения управлявдих прогрь:..м для фотонаборных установок. Задача яолучешя оптимальных управляющих програш для генераторов изображений в кашей .стране и за рубежом пока не решена.

Основные результаты первой гяячц.

;. Предлог-'эны коэффициенты и выражения для оценки качества покштия топологии.

?.. Разгрэбетаны методики сравнения алгоритмов покрытия.

3. Обоснозана геобходимость разработки нового алгоритма покрытия произвольной топологии стандартными геометрическими Фигурами.

Вторая глава посвящена разработке универсального алгоритма покрытия ыногосзязных областей топологии, оценке сложности предложенного алгоритма, методам- повышения скорости обре, .отки информации при использована разработанного алгоритма.

В оснозе универсального- алгоритма покрытия многосвязных областей топологии лежит теорема Уитни о покрытии. Б этой теореме доказывается возможность • рг^биения любого открытого множества с непустой границей -на последовательность непересэчащихся полуоткрытых кубических интер алов, Таких, что диаметры непересекающихся полуоткрытых кубических интервалов сравним расстоянием до границы.

На основз теоремы Уитни о покрытии нами был разработан адгоритм покрытия, который мы назвали алгоритмом покрытия Уитни.

Алгоритм покрытия Уитни заключается в следующем. Рассмотрим квадрат со сторонами, параллельными осям координат, содержащий границу топологии кристалла (рис. 2). Разобьем егс на четыре равных квадрата. Л ля каждого из получают хвяцратов проверим истинность следующих

г,мояж?»аий: кпдрат не пересекается с границей топологти и лежит

вне лэйаута!,.. квадрат не- пересекается с границей топологии и лежит внутри лэйаута. Если хотя бы одно и« этих Бырак-зтаЯ является истинным, то соответствующий квадрат не вк. эчается или вкличается в число экспозиций. Если оба выражения лоим, го данный квадрат обрабатывается так же как исходный. При этом становиться ясным необходимость выбора длины стороны разной 2П (п -целое число). Процесс повторяется до тех пор, тюкп размеры рассматриваемых квадратов превышают технологические возможности фотонаборной установки.

Ф©

п с г

Рис. 2. Алгоратк покрытая Уитни.

Отсюда видно, что слогностъ описанного алгоритма составляет О (Я) (И - чпЫ55 угловых точек топологии). Действительно, при фиксированном исходном прямоугольнике количество его разбиений на более шззшэ число фнксгговаяное. хотя и большое» и на зависит от количества угловых точек границы лэЯаута. Для проверки условия "внутри-снарузга" наобходаг один просмотр угловчх точек границы. Более дачалъннй анагнз гоназнвзэт. те» количество произведшее: элементарных операций прогорцианалшо жордансвой длина граница, ушюжанноа на количество угювых точек. Таким образом теоретическая сдслшосъ аягсрима Уитни вхше сложности эталонного

нторитма, кртсрая является И»1о£(Н) для алгоритма фронтального ГКШПфПЙОНИЯ. '

.:ек уже отмочи мь, временная сложность алгоритма Уитни лвляется рекордно низкой, оялко она пропорциональна числу разбиений исходного прямоугольника, которое . хотя и ' фондировано, но при этом является достаточно большим. Это обстоятельство не позволяет при рекордно низкой сложности алгоритма достичь высокой скцясти обработки информации. Использование алгоритма Уитни позволяет получить выигрыи во ир»!М11НИ ОбргООТИ! При условии ш < 1ов(Н), где т - число прямоугольников, покрывающих область определения лэйаута. В протиылом с луча' время обработки л:>йаута становиться неприемлемо большим. Последнее обстоятельство показывает, что для увеличения скорост. рботы необходимо сократить число тестируемых прямоугольнике*. Для сокращения количества тестируемых прямоугольников продложено два метода.

Первый метод основан на возможности получения с помощью алгоритма Уитни точного представления о поведении границы топологии при лервееченил ее с квадратом. После получения информации о границе топологии происходит сравнение со ст. .ком стандартных ситуаций, и покрытие производится быстрыми алгоритмами покрытия.

Еторой метод основан на использовании свойств гомотопных полей. Определен, э принадпегюсти прямоугольника многосвяоной области в конечном счете сводится- к вычислению -вримВния векторного поля, а вращение гомотопных векторш.. полей одинаково. Поэтому для определения принадлежности прямоугольника многэсвязной области часто достаточно доказать, что векторные роля гомстоттш.

Понижение сложности алгоритма-покрытия не требует увеличения используемых ресурсов.

В зтой же главе показано, что при реализации рекурсивного спуска при переходе от квадратов со стороной гп к квадратам со сторонп 2е (в < г> используются ресурсы стока (п—б)*К, где к - константа, не зависящая от топологии.

Анализ алгоритма покрытия Уитнм показал,, что предложиниип алгоритм выгодно отличается от алгоритмов переборного типе и фронтального сканирования как по количественным, так и но качественным коэффициентам.

В силу теоремы Уитни коэффициент перекрытия ревел нулю, однако, так как размер минимального квадрата ограничен, то коэффициент заполненности не равен 1, хотя в бол ашстве случяев близок к единице. Для произвольной Фигуры его можно рассчитать по формуле

2 (1|С08<04>)

кзвП .1 - ------------------------------------(г)

ЗВП ОС

ын /

где - минимальный размер наборного элемента, ;

- длина «-го наклонного отрезка границы топологии, а{ - угол наклона 1-го наклонного отрезка, и - количество наклонных отрезков, Змн ~ площадь покрываемого многоугольника.

Для увеличения коэффициента заполненности достаточно дли каждой наклонной линю. построить прилегащий прямоугольник, шириной равной размеру минимального наборного элемента. В этом случае коэффициент заполненности будет рапен 1, а коэффициент перекрытия для треугольной области можно рассчитать по формуле

2 * Пц^О - 1/2«соэ(о))

^Р я г»соа(а)а1п(о) И>

где I - длина гипотенузы треугольника.

Коэффициент перекрытия для произьольной области будет соответственно мечьшо, так как область разбивается и>> треугольники и прямоуголь »тки, а коэффициент перекрытия для прямоугольной огласти ранен О.

Анализ алгоритма Уитни показал, что количество экспозиций можно оценить как

V

"вкоп-Г" 2 (1,008(0,)) + (3, ш!п ~

гдй с( - количество, 'экспозиций внутренней области. Таким оорауом общао количество экспозиций в основном' зависит о суммарной длины нпююшшд отрезков топологий.

Для алгоритма фронтального сканирования количество »кспозший модао оценить как

»«кш1:1- 2(1,008(0,»;.^ (5)

"min

причем С; Ii Сг отличаются незначителен^.

Основной результат второй главы,

1. Разработан универсальный алгоритм покрытия произвольной области (алгоритм Уитвд).

'2. Доказано, что алгоритм покрытия Уятни и его модификации являются эффективнее алгоритма переборного типаг и алгоритма фронтального сканирования, как в количественном, так и в качественном отношения.

Третья глава посвящена описанию разработанной настраиваемой автоматизированной система подготовки управляадих. программ для фотонаборных установок, показано назначение я структура каждого модуля.

Настраиваемая автоматизированная система подготовки управляющих программ представляет собой программно-аппаратный комплекс, имеющий в качестве входной информации графическое, или текстовое описание топологии а в качества выходной информации -управляющую програшу в формат© генератора изображать.

Для наиболее экономичного фушатношрования в условиях ограниченных ресурсов яфограшаая часть выполнена в виде отд&одш. модулей. Кавдый модуль жяют функционировать независимо от других, что позволяет обрабатывать сложные топологии параллельно на нескольких персональных ЭВМ. При этом в процессе работы каждого тщт шпояаяхгг-ся законченные действия - и »«формация шредаатса в следующий модуль в наиболее удобном для обработки виде (Bis. 3).

Рис. 3. Структурная схема настраиваемой автоматизированной системы поготовки управлявдих программ для фотонаборных установок.

■ Для устранения возможности возникновения ошбки на каждом этапе производится полное отображение графической информации на экране ЮВМ.

Рассмотрим функции каждого модуля:

LisConv - конвертор, необходимый для перевода информации из форматов графических редакторов PCad, AutoCad и формата ЯГТИ во внутренний формат настраиваемой автоматизированной системы. Введение этого модуля позволяет настраивать

автоматизированную систсму на любые графические редакторы, которые можно использовать для описания топологии БИС и СБИС.

LlaClea - осуществляет проверку правильности введонн'-л топологической информации, при. этом щоизвсдит<;и контачь m

'-.'ШКНУТОСТЬ всех контуров и удаляются,линии, дублирующие друг друга. Производит анализ полученных контуров и осуществляет выбор алгоритмов покрытия для каждого контура. Контуры подразделяются на:

1. Прямоугольники, не вложенные в другие контура и не имеющие вложений. Такие контура не надо обрабатывать специальными алгоритмами, так кяк они уже являются экспозициями.

2. Ортогональные односвязиые контура. Для их покрытия целесообразно применять алгоритм фронтального сканирования.

3. Произвольные односвязиые и .йногосвязные контура. Для покрытия необходимо использовать алгоритм Уитни.

LlsMapl - осуществляет покрытие топологии любой сложности за счет использования рекурсивной реализации алгоритма Уитни и дополнительных методов повышения скорости . обработки топологической информации (pie. 4).

Первым шагом обработки произвольной топологии является составление начального списке квадратов, которые полностью покрывают топологию.

Из списка берется первый квадрат.

Производится проверка на пересечение квадрата о границей топологии. В случае прересечения квадрата с границей топологии, производится сравнение со стандартной - ситуацией пересечения квадрата и границы топологии и, в случае совпадения, производится покрытие высокоскоростными методами.. Если же, стандартная ситуация, соответствующая данному пересечению квадрата с границей топологии не обнаружена, то данный квадрат разбивается на четыре квадрата. Исходный квадрат исключаете:1; из списка квадратов, а вновь образованные квадраты добавляются в начало списка. Разбиение исходных квадратов вожможво только в том случае, если размеры полученных квадратов, превышают минимальный размер наборного элемента.

Если квадрат не пересекаьт границу топологии, • то производиться проверка на принадлежность квадрата многосвязной области. Для этого необходимо вычислить вращение векторного поля относительно произвольной точки этого квадрата. В случае принадлежности многосвязной области, квадрат заносится в файл

Рио. 4. Алгоритм работы модуля ЫвМар!»

экспозиций.

Исходами квадрат исключается из спискя.

Для продолжения работы из списка берл ,л первый квадрат.

Если список квадратов пуст, то алгоритм1 заканчивает работу.

ЫБосгл - осуществляет покрытие односвязной ортогональной области быстрыми методами. В этом случае используется алгоритм фронтального сканирования, имеющий наименьшую сложность из известных алгоритмов и равную 0(Ы*Ьо^).

ЫзОри - осуществляет оптимизацию покрытия и ■ финишную сборку информации о топологии, которая до этого хранилась в различных файлах. При этом пользователь имеет возможность отказаться от части информации.

В процессе сборки информации производится оптимизация времени работы генератора изображений: Задача выбора оптимального обхода прямоугольников покрытия сводиться к известной задвче дискретного программирования - задаче коммивояжера. Доказано, что эта задача принадлежит к классу так называемых №Р - полных задач. Поэтому наиболее вероятно, что не существует алгоритма нахождения оптимального обхода за полиномиальное время. Поэтому для оптимизации времени обхода используется приближенный алгоритм, основанный на сравнении времени выполнения отдельных операций, выполняемых генератором изображений.

ЫэРозг - создание псевдо-РАТ формата. Под псевдо-РАТ форматом понимается запись информации в файл на жесткий диск в том виде, в котором она должна Сыть потом записана на ленту. Однако РАГ формат предполагает вполне определенное расположение этой информации на магнитной ленте. При'этом возможны следующие сервисные функции:

1. Выбор размера стекла, на котором будет размещено изображение.

2. Масштабирование изображения.

3. Получение зеркального изображения.

4. Поворот на произвольный угол.

5. Автоматическая центровка на стекле или сдвиг на выбранный

пользователем размер.

6. Установка минимального и максимального размера экспозиций,

7. Создание строки комментария.

На каждом этапе производится прогерка выполненных пользователем действий, и, при необходимости, выдается сообщение об ошибке.

LlaVlew - позволяет просмотреть полученную топологию на экране персонального компьютера. Этот модуль представляет собой совмещенный имитатор работы генератора изобрг чний с мощным микроскопом. Использование этого модуля позволяет, не используя дорогостоящее оборудование, визуально оценить качество и правильность управляющее программы. Входной информацией лдя этого модуля является управляющая программа в формате фотонаборной установки, хранящаяся на жестком диске ПЭВМ типа IBM PC, что позволяет просматривать как файлы созданные с помощью настраиваемой автоматизированной системы "Lis", так и рзкее созданные файлы.

LIsMagn - прбдаазанчен для связи ПЭВМ типа IBM PC с НМЛ СМ-5300 и СМ-5309.

В состав настраиваемой автоматизированной системы подготовки управляющих программ для фотонаборных установок входит плата сопряжения ПЭВМ - ma IBM PC с НМЛ СМ-5300 и CM-53Q9.

Необходимость платы сопряжения вызвана несогласованностью форматов записи информации на ПЭВМ типа IBM. PC и НМЛ СМ-3500 и СМ-5309. В качестве платы сопряжения используется контроллер фирмы "Клодикс", вставляемый в корпус ПЭВМ в виде дополнительного слота. .

Плата контроллера соединяется с накопителем на мэплтной ленте через установленный на плате разъем MFH-44 (вилка) при помощи соответствующего кабеля.

Кабель для НМЛ СМ-5300 подключается к плате контроллера 44-контактным разъемом МРН-44 (розетка), а к накопителю СМ-5300 -тремя специальными 39-кснтактными разъемами-розетками. —

Кабель для НМЛ СМ-5309 - 44-контактныч раз§емом МИМ4 (розе-^ка), а к нако ителю ' СМ-5309 - двумя специальном;» 39-контактными разъемами-розетками. ■

Программная часть. модуль LisMagn, имитирует работу программной оболочки Norton Comander и позволяет:

- форматировать магнитную ленту,

- осуществлять перенос информации с жесткого диска на НЫЛ и обратно.

За счет использования стандартной платы сопряжения управление магнитофоном осуществляется непосредственно ПЭВМ IBM PC без промежуточных звеньев, • что позволяет значительно сократить сроки подготовки управляющих программ.

Заключение. В результате проведенных в настоящей диссертационной работе теоретических и экспериментальных исследований разработана, создана и- внедрена в промышленность настраиваемая автоматизированная система подготовки упрвлявдих программ для генераторов изображений* райаданциж методом одиночного фотонабора.

Разработанная система не ориентированнее на* конкретную технологию изготовления БИС и СБИС, что обуславливает ее широкое применение ори подготовке управляющих программ дл» фотонаборных установок.

Приложения к работе содаржаш описание' формах* генератора изображений, описание- вшюддая форматов графических редакторов AutoCAD и PCAD, инструкций по работе с тежяодогическим процессором "Lia" , акта, внедрения полученных результата»..

Основные результат цвйот

1. Предложена и разработана методика сравнения алгоритмов покрытия. Разработаны критерии оценки качества покрытия топологии. '

2. Проведено исследование алгоритмов покрытия топологий, представленных з виде многосвязной области. Оценена сложность исследованиях алгоритмов и область юс применения в системах автоматизированной подготовки фотошаблонов.

3. Предложен и разработан новый универсальный алгоритм покрытия топологии, представленной в виде многосвязной области. Разработанный алгоритм обладает высоким уровнем абстракции. Сложность предложенного алгоритма оценивается как 0(М), что ниже сложности алгоритма фронтального

скаштрования, сложность которого 0(N*lcg(N)). Это

- позволяет применять его для подготовки управляющих-программ в ограниченных ресурсах.

4. Предложенный алгоритм позволяет получить покрытие топологии с минимальным коэффициентом перекрытая и максимальным коэффициентом заполненности для существующей- технологии иаготозлония фотошаблонов методом одиночного фотонабора.

5. На основании разработанного алгоритма создана настраиваемая автоматизированная система подготовки управляющих программ для генераторов изображений, работающих методом одиночного фотонабора.

6. Создан программно-аппаратный комплекс связи ПЭВМ типа IBM PC С НМЛ CM-53G0 И СМ-5309.

Т. Использование настраиваемой автоматизированной системы на предприятиях: ШИТП, завод "Радиоприбор", Чебоксарский приборостроительная завод, Красноярский институт радиосвязи, в/ч N Т1330 и завод "Старт", позволило получить экономический эффект свыше 13 млн. рублей и ускорить технологическую подготовку производства в 2-10 раз.

Публикации по теме диссертации

1. Исаков U.M., Груздев П.Н., Архангельский А.Б. Технологический процессор САПР СБИС. //2-ая межотраслевая научно-техническая конференция "Применение микропроцессорных систем в управлении производством ГОТ" Москва: 1990, 2 с.

2. Архангельский А.Е., Груздев П.Н., Исаков Н.М. Автоматизация проектирования и контроля управляющих программ для фотонаборных установок.//4-ая Всесоюзная школа "Проектирование автоматизированных систем контроля и управления сложными ооьектами". Харьков-Туапсе: 1990. 2с.

3. Архангельский А.Б., Груздев П.Н., Исаков Н.М.. Панкратов .М.Г. Технологический процессор подготовки управляющих программ

для фотонаборных установок. /'/ Всесоюзная научно-техническая конференция "Пути развития электронных средств и задача высшей школы в подготовке специалистов соответствующей квалификации".

Ульяновск: 1991, 2 с.

4. Архангельский А.Б., Груздев П.Н., Исаков Н.М., Панкратов М.Г. Технологический процессор подготовки управляющих программ для фотонаборных установок. //Международная конференция-ярмарка "Технология программирования 90-х".- Киев: 1991, 2 с.

5. Архангельский А.Б., Панкратов М.Г. Увеличение скорости обработки информации с помощью алгоритма Уитни методом введения стандартных ситуаций.'// Вестник 1991 N - 4. 4 с.

6. Архангельский А.Б., Глудкин О.П. Автоматизированная система разработки фотошаблонов. // Российская научно-техническая конференция "Новые материалы и технологии машиностроения". Москва: 1993, 1с.

Т. Архангельский А.Б., Панкратов М.Г. Обучающая система подготовки управляющих программ для фотонаборных установок "LlsTeach". // Всероссийская научно-техническая конференция "Интерактивные системы". Ульяновск. 1993 г. 2 с.

8; Архангельский А.Б., Глудкин О.П. Контроль и редактирование управляющих программ для фотонаборных установок. // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. Одесса.

1994 г. N - 5. 4 с.

9. Архангельский А.Б., Глудкин О.П. Увеличение скорости обработки топологической информации // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. Одесса 1994 г. N - б 3 с.

10. Глудкин О.П. Архангельский А.Б. Автоматизированная система разработки фотошаблонов. // Российская научно-техническая конференция "Наукоемкие технологии в машиностроении". Рыбинск:

1994 г.