CN110967943B - 用于光刻机调焦调平系统的光电探测器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种用于光刻机调焦调平系统的光电探测器及其使用方法，光电探测器包括：光电转换模块，用于将光刻机调焦调平系统产生的测量光转换为多路模拟电信号；同步模数转换模块，用于分别将光电转换模块输出的多路模拟电信号转换为多路数字电信号；工件台同步模块，用于将一光刻机工件台的位置脉冲信号发送至主控模块；以及主控模块，用于接收工件台同步模块的位置脉冲信号，并根据位置脉冲信号驱动光电转换模块和同步模数转换模块，以及同步接收并处理同步模数转换模块的多路数字电信号。本发明在当光刻机工件台运动至指定位置时，能使所有采集通道同时接收控制指令，同步采集所有通道的光强值，解决了现有分时采集方式的时延误差问题。

Description

用于光刻机调焦调平系统的光电探测器及其使用方法

技术领域

本发明涉及精密光电测量设备领域，尤其涉及一种用于光刻机调焦调平系统的光电探测器及其使用方法。

背景技术

光刻机是集成电路制造过程中所用到的最关键设备之一，为保证光刻机在晶圆表面曝光时的成像质量，需利用调焦调平系统精确测量晶圆表面高度，以实时调整晶圆与镜头的相对位置。光刻机调焦调平系统测量采用基于莫尔条纹的光学三角法原理和空间分光技术，测量结果为一对光强值互补的o光与e光，使用光电探测器采集该光强值并进行计算即可得到晶圆表面高度。由于光电探测器需完成多路光强值的光电转换，因此当前的仅含一路转换通道的光电探测器采用分时采集的方法，即对同一位置产生的o光和e光使用一路转换通道先后两次分别采集。此种分时采集法将引入时延误差，例如，当载有晶圆的光刻机工件台运动速度为υ、探测器设置的o光与e光采样间隔为τ时，o光采样的时刻光刻机工件台的位置为1，对e光采样时光刻机工件台将运动至l+υτ位置，而计算高度时认为o光与e光均来自位置1处。分时采集方法所产生的时延误差无法满足未来更高精度、更高产率的光刻机。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于光刻机调焦调平系统的光电探测器及其使用方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

作为本发明的一个方面，提供了一种用于光刻机调焦调平系统的光电探测器，包括：光电转换模块，用于将所述光刻机调焦调平系统产生的测量光转换为多路模拟电信号；同步模数转换模块，用于分别将所述光电转换模块输出的多路模拟电信号转换为多路数字电信号；工件台同步模块，用于将一光刻机工件台的位置脉冲信号发送至主控模块；以及主控模块，用于接收所述工件台同步模块的位置脉冲信号，并根据所述位置脉冲信号驱动所述光电转换模块和同步模数转换模块，以及同步接收并处理所述同步模数转换模块的多路数字电信号。

作为本发明的另一个方面，提供了一种光刻机调焦调平系统，包括：位置可调的光刻机工件台，用于放置一待测物体；前光学单元，包括投影光栅、检测光栅和分光部件，其中一照明光通过所述投影光栅而产生的投影光栅像在经待测物体表面反射后，由分光部件分为偏振态相互垂直的两个投影光栅像，所述两个投影光栅像分别与检测光栅叠加形成两个莫尔条纹；如上所述的光电探测器，用于对所述前光学单元产生的两个莫尔条纹进行同步采集。

作为本发明的再一个方面，提供了一种使用如上所述的用于光刻机调焦调平系统的光电探测器的使用方法，包括以下步骤：工件台同步模块将接收到一光刻机工件台发出的位置脉冲信号发送至主控模块；所述主控模块根据所述位置脉冲信号驱动光电转换模块和同步模数转换模块运行；所述光电转换模块将所述光刻机调焦调平系统产生的测量光转换为多路模拟电信号，所述光电转换模块将所述多路模拟电信号转换为多路模拟数字信号；所述主控模块同步接收并处理所述多路数字电信号。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明的用于光刻机调焦调平系统的光电探测器及其使用方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

本发明的光电探测器，在当光刻机工件台运动至指定位置时，能使所有采集通道同时接收控制指令，同步采集所有通道的光强值，解决了现有分时采集方式的时延误差问题。

附图说明

图1为本发明实施例用于光刻机调焦调平系统的光电探测器的整体框图；

图2为图1中各模块硬件构成和连接关系的示意图；

图3为图2中主控模块的逻辑功能示意图。

具体实施方式

针对现有的光刻机调焦调平系统光电转换和分时采集方法中，由于o光与e光采集时刻不同而导致的时延误差，本发明提出了一种用于光刻机调焦调平系统的光电探测器及其使用方法，当光刻机工件台运动至指定位置时，所有采集通道能够同时接收控制指令，同步采集所有通道的光强值，解决了分时采集方式的时延误差问题。

具体地，本发明首先提供了一种用于光刻机调焦调平系统的光电探测器，包括：光电转换模块，用于将光刻机调焦调平系统产生的测量光转换为多路模拟电信号；同步模数转换模块，用于分别将光电转换模块输出的多路模拟电信号转换为多路数字电信号；工件台同步模块，用于将一光刻机工件台的位置脉冲信号发送至主控模块；以及主控模块，用于接收工件台同步模块的位置脉冲信号，并根据位置脉冲信号驱动光电转换模块和同步模数转换模块，以及同步接收并处理同步模数转换模块的多路数字电信号。

其中，光电转换模块包括：光电二极管阵列，每个光电二极管能够将测量光转换为一路模拟电信号。光电转换模块是数据的起点，可采用共阴极设计。应用时可以根据需要而将光电二极管阵列放置于测量位置，以便能接收测量光。

其中，同步模数转换模块包括：多个放大电路，与光电二极管数量相同，用于对光电转换模块的多路模拟电信号进行放大处理；以及多通道模数转换芯片(以下简称为ADC芯片)，具有与光电二极管数量相同的通道数量，用于对多个放大电路处理后的多路模拟电信号进行模数转换，而产生多路数字电信号。

其中，主控模块的功能可以通过例如FPGA芯片来实现，根据功能划分包括：多个串行接口单元，与多通道ADC芯片的通道数量相同，用于读取多通道ADC芯片产生的多路数字电信号，以及设置多通道ADC芯片的模数转换范围；数字滤波单元，用于对多个串行接口单元读取的多路数字电信号进行低通滤波，并将滤波后的多路数字电信号发送至串并转换控制单元；串并转换控制单元，用于并行接收滤波后的多路数字电信号以及位置脉冲信号，并发送至一串行链路模块；以及同步控制单元，用于根据工件台同步模块的位置脉冲信号向串行接口单元发送模数转换指令。

可选的，串行接口单元是基于SPI协议与多通道ADC芯片通信，完成ADC芯片的配置和同步采样，但并不局限于此，还可以根据多通道ADC芯片型号选择其他协议通信。

其中，工件台同步模块包括：通信接口，用于接收光刻机工件台的位置脉冲信号，例如可选为SMB接口；以及光耦合器，用于使位置脉冲信号单向发送至主控模块，并阻断工件台对光电探测器产生的电学干扰。

其中，光电探测器还包括：串行链路模块，用于将主控模块接收及处理的并行信号转换为串行信号，以及将串行信号发送至一上位机；以及电源模块，为光电探测器的各个模块供电。

具体的，串行链路模块包括依次相连的并串转换芯片、串行接口和串行数据线。其中并串转换芯片例如可以是SN65LV1023ADB/SN65LV1224BDB SERDES芯片，串行接口例如可以是DB15接口、DB25接口或DB9接口等。

本发明还提供了一种光刻机调焦调平系统，包括：位置可调的光刻机工件台，用于放置一待测物体；前光学单元，包括投影光栅、检测光栅和分光部件，其中一照明光通过投影光栅而产生的投影光栅像，经待测物体表面反射后由分光部件分为偏振态相互垂直的两个投影光栅像，两个投影光栅像分别与检测光栅叠加形成两个莫尔条纹；如上所述的光电探测器，用于对前光学单元产生的两个莫尔条纹进行同步采集。

本发明还提供了一种如上所述的用于光刻机调焦调平系统的光电探测器的使用方法，包括以下步骤：工件台同步模块将接收到一光刻机工件台发出的位置脉冲信号发送至主控模块；主控模块根据位置脉冲信号驱动光电转换模块和同步模数转换模块运行；光电转换模块将光刻机调焦调平系统产生的测量光转换为多路模拟电信号，光电转换模块将多路模拟电信号转换为多路模拟数字信号；主控模块同步接收并处理多路数字电信号。

进一步，该使用方法还包括：主控模块将多路数字电信号和位置脉冲信号通过串行链路模块发送至上位机。

以下列举具体的实施例来对本发明的技术方案做详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本实施例的用于光刻机调焦调平系统的光电探测器的电路功能划分为六个功能模块：光电转换模块、同步模数转换模块、主控模块、串行链路模块、工件台同步模块和电源模块。

光电转换模块是数据的起点，其内部光电二极管感应光强信号并向下游的同步模数转换模块发送模拟电信号，光电二极管采用共阴极设计；同步模数转换模块接收模拟电信号，向下游的主控模块发送数字电信号；主控模块将该数字电信号发送至下游的串行链路模块，串行链路模块以LVDS串行信号的形式发至上位机；工件台同步电路控制探测器的采集时间，并记录光刻机工件台的运动位置；电源模块提供电路板所需电压。

如图2所示，光电转换模块由若干对独立工作的光电二极管构成，以用于对光刻机调焦调平系统产生的o光、e光进行光信号到模拟电信号的转换，每个光电二极管产生一路模拟电信号；同步模数转换模块由ADA4807放大电路和高精度多通道ADC芯片构成，完成光电二极管所产生模拟电信号的模数转换，其转换通道的数量与光电二极管的数量保持一致；主控模块由Xilinx Artix-7 FPGA芯片实现，主控模块上游与同步模数转换模块的多通道ADC芯片通过SPI协议通信，完成多通道ADC芯片的配置和同步采样，主控模块下游与串行链路模块相连；工件台同步模块由SMB接口和光耦合器构成，用于接收来自光刻机工件台的位置脉冲信号，并记录光刻机工件台的运动位置，与该位置所对应的数据一同发送至串行链路模块；串行链路模块由SN65LV1023ADB/SN65LV1224BDB SERDES芯片、DB15接口和高速串行数据线构成，实现测量数据以LVDS方式向上位机传输；电源模块由LMZ23605电源解决方案构成，为电路板提供20V、5V、3.3V、1.8V、1.0V电压。

如图3所示，主控模块内包含一组与多通道ADC芯片对应的串行接口单元，接口协议采用SPI协议，可读取多通道ADC芯片产生的16位宽数据，并设置多通道ADC芯片的模拟转换范围为0～4.096V；数字滤波单元对数字信号进行低通滤波，带宽为1KHz，滤波后的数据发送至串并转换控制单元；串并转换控制单元并行接收所有采集结果，并在每个周期以MSB方式向串行链路模块发送一个字节的数据；同步控制单元与光耦合器的输出相连，接收并提取来自工件台采样脉冲的上升沿，向串行接口单元发送模数转换指令，该指令为一个周期的高电平信号。

上述光电探测器的工作过程为：电路板上电后FPGA芯片从EEPROM中加载初始化配置信息，工件台同步模块收到由光刻机工件台发出的工件台同步信号后，主控模块向同步模数转换模块发出采样脉冲，同步模数转换模块产生16位宽的数字信号，主控模块作为SPIMaster接收该数字信号。接收的数字信号由数字滤波单元做低通滤波处理，随后数据发送至串并转换控制单元。串并转换控制单元将数据以每时钟周期1个字节的速度发送至串行链路模块，串行链路模块中的SERDES芯片将单端并行数据转换为LVDS串行数据，由高速串行数据线发送至上位机。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于光刻机调焦调平系统的光电探测器，其特征在于，包括：

光电转换模块，用于将所述光刻机调焦调平系统产生的多路测量光同步转换为多路模拟电信号；所述光电转换模块包括：光电二极管阵列，每个光电二极管能够将所述测量光转换为一路模拟电信号；

同步模数转换模块，用于分别将所述光电转换模块输出的多路模拟电信号转换为多路数字电信号；所述同步模数转换模块包括：

多个放大电路，与所述光电二极管数量相同，用于对所述光电转换模块的多路模拟电信号进行放大处理；以及

多通道模数转换芯片，具有与所述光电二极管数量相同的通道数量，用于对所述多个放大电路处理后的多路模拟电信号进行模数转换，而产生所述多路数字电信号；

工件台同步模块，用于将一光刻机工件台的位置脉冲信号发送至主控模块；所述工件台同步模块包括：通信接口，用于接收所述光刻机工件台的位置脉冲信号；以及光耦合器，用于使所述位置脉冲信号单向发送至所述主控模块；以及

主控模块，用于接收所述工件台同步模块的位置脉冲信号，并根据所述位置脉冲信号驱动所述光电转换模块和同步模数转换模块，以及同步接收并处理所述同步模数转换模块的多路数字电信号；所述主控模块包括：

多个串行接口单元，与所述多通道模数转换芯片的通道数量相同，用于读取所述多通道模数转换芯片产生的多路数字电信号，以及设置所述多通道模数转换芯片的模数转换范围；

数字滤波单元，用于对所述多个串行接口单元读取的多路数字电信号进行低通滤波，并将滤波后的多路数字电信号发送至串并转换控制单元；

串并转换控制单元，用于并行接收所述滤波后的多路数字电信号以及位置脉冲信号，并发送至一串行链路模块；以及

同步控制单元，用于根据所述工件台同步模块的位置脉冲信号向所述串行接口单元发送模数转换指令；

所述光电探测器还包括：串行链路模块，用于将所述主控模块接收及处理的并行信号转换为串行信号，以及将所述串行信号发送至一上位机；以及电源模块，为所述光电探测器的各个模块供电。

2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述串行链路模块包括依次相连的并串转换芯片、串行接口和串行数据线。

3.一种光刻机调焦调平系统，其特征在于，包括：

位置可调的光刻机工件台，用于放置一待测物体；

前光学单元，包括投影光栅、检测光栅和分光部件，其中一照明光通过所述投影光栅而产生的投影光栅像，经待测物体表面反射后由分光部件分为偏振态相互垂直的两个投影光栅像，所述两个投影光栅像分别与所述检测光栅叠加形成两个莫尔条纹；

如权利要求1至2中任一项所述的光电探测器，用于对所述前光学单元产生的两个莫尔条纹进行同步采集。

4.一种如权利要求1至2中任一项所述的用于光刻机调焦调平系统的光电探测器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

工件台同步模块将接收到一光刻机工件台发出的位置脉冲信号发送至主控模块；

所述主控模块根据所述位置脉冲信号驱动光电转换模块和同步模数转换模块运行；

所述光电转换模块将所述光刻机调焦调平系统产生的测量光转换为多路模拟电信号，所述光电转换模块将所述多路模拟电信号转换为多路模拟数字信号；

所述主控模块同步接收并处理所述多路数字电信号。

5.根据权利要求4所述的使用方法，其特征在于，所述使用方法还包括：

所述主控模块将所述多路数字电信号和位置脉冲信号通过串行链路模块发送至上位机。

Images