CN113871323A - 硅片高度数据的处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种硅片高度数据的处理系统及方法，系统包括：数据采集模块，包括多路信号采集通道，用于并行采集所述硅片表面的至少一个探测点对应的数据；控制模块，用于在位移台运动至所述硅片上的目标位置时，接收同步触发信号以同步触发所述数据采集模块进行数据采集，其中，所述控制模块基于嵌入式FPGA芯片实现；并串转换模块，用于将并行采集的数据转换为串行数据；VPX数据传输接口模块，用于接收所述串行数据，并将所述串行数据转换为并行数据，其中，所述VPX数据传输接口模块与所述并串转换模块之间通过VPX串行总线传输协议进行数据传输；上位机，用于对所述并行数据进行处理。

Description

硅片高度数据的处理系统及方法
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及硅片高度数据的处理系统及方法。
背景技术
主流光刻工艺流程中，光刻设备的曝光成像为关键节点，因此，需要保证曝光对焦的精度，以保证光刻设备的光刻精度。以此为背景，一般需要控制曝光精度在nm级别以内。为了保证在曝光过程中不离焦，需要对硅片高度信息进行采集与处理，在曝光过程对位移台高度进行在线调整，以在曝光过程中控制硅片处于曝光区域的最佳焦面上。
传统的光刻过程中使用VME控制系统实现对硅片曝光位置的控制，然而，VME控制系统在数据传输过程存在数据延迟、数据抖动等固有的缺点，导致在位移台移动的过程中，对位置信息进行采集的过程会存在目标位置和采集际位置有一定误差，并且在操作系统的任务调度中存在时间延迟误差现象，进而影响曝光精度。
公开内容
基于此，本公开一方面提供一种硅片高度数据的处理系统，包括：数据采集模块，包括多路信号采集通道，用于并行采集硅片表面的至少一个探测点对应的数据；控制模块，用于在位移台运动至硅片上的目标位置时，接收同步触发信号以同步触发数据采集模块进行数据采集，其中，控制模块基于嵌入式FPGA芯片实现；并串转换模块，用于将并行采集的数据转换为串行数据；VPX数据传输接口模块，用于接收串行数据，并将串行数据转换为并行数据，其中，VPX数据传输接口模块与并串转换模块之间通过VPX串行总线传输协议进行数据传输；上位机，用于对并行数据进行处理。
根据本公开的实施例，其中，数据采集模块包括：光电探测器阵列，用于将硅片表面的至少一个探测点的光信号转换为电信号；光电转换调理电路，用于对电信号进行处理，以提高电信号的信噪比；采样单元，用于对电信号进行采样，将电信号转换为数字信号，其中，采样单元包括至少一个ADC采样芯片，每个ADC采样芯片包括多个采样通道，以实现并行采样。
根据本公开的实施例，其中，光电转换调理电路包括：跨导电路，用于对电信号进行跨导放大；滤波电路，用于对电信号进行低通滤波。
根据本公开的实施例，其中，跨导电路基于16位运放芯片实现。
根据本公开的实施例，其中，采样单元的采样频率数量级为兆赫兹。
根据本公开的实施例，其中，同步触发信号的传输结构使用差分传输接口。
根据本公开的实施例，处理系统还包括：电平采集模块，用于采集控制模块接收的信号的高电平；判断模块，用于判断是否能够连续多个时钟采集到高电平，并在能够连续多个时钟采集到高电平的情况下，发送信号至控制模块以提示当前接收到的信号为同步触发信号。
根据本公开的实施例，处理系统还包括：温度控制芯片，用于采集FPGA芯片的温度以及依据上位机的指令控制FPGA芯片的温度，其中，温度控制芯片与上位机通过VPX串行总线传输协议进行数据传输。
根据本公开的实施例，其中，并串转换模块还用于对串行数据进行低通滤波。
本公开另一方面提供一种基于上述处理系统的硅片高度数据的处理方法，包括：判断位移台当前位置是否在目标位置；若是，发送同步触发信号至控制模块以使得控制模块同步触发数据采集模块并行采集硅片表面的至少一个探测点对应的数据；将并行采集的数据转换为串行数据，基于VPX串行总线传输协议将串行数据发送至VPX数据传输接口模块，通过VPX数据传输接口模块将串行数据转换为并行数据；通过上位机对并行数据进行处理，以得到硅片的高度数据。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了本公开实施例提供的硅片高度数据的处理系统的结构框图。
图2示意性示出了本公开实施例提供的基于嵌入式FPGA芯片的控制模块的结构框图。
图3示意性示出了本公开又一实施例提供的硅片高度数据的处理系统的结构框图。
图4示意性示出了本公开实施例提供的基于上述硅片高度数据的处理系统进行数据采集的流程图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的子系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
类似地，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
本公开实施例的目的在于提供一种基于VPX总线进行硅片高度数据采集与处理的系统，该系统引入位移台位置同步触发机制，以解决目标位置和实际采集位置的误差现象。该系统使用多通道高速并行采样，利用嵌入式FPGA芯片控制采集位移台位置以及对光信号的实时采集、存储和处理，解决了上位机软件在任务调度过程中出现的时间延迟误差。该系统使用VPX串行总线传输协议，抗干扰能力强，传输过程稳定，对采集数据的有效性起到较好的效果。
图1示意性示出了本公开一实施例提供的硅片高度数据的处理系统的结构框图。
如图1所示，该硅片高度数据的处理系统例如可以包括数据采集模块、控制模块、并串转换模块、VPX数据传输接口模块及上位机。
数据采集模块包括多路信号采集通道，用于并行采集硅片表面的至少一个探测点对应的数据。
在本公开一实施例中，数据采集模块例如可以包括光电探测器阵列、光电转换调理电路及采样单元。
其中，光电探测器阵列用于将硅片表面的至少一个探测点的光信号转换为电信号。具体的，光电探测器阵列的多个探测点同时测量硅片上表面，根据公式计算硅片表面温度。光电探测器阵列可以是光电二极管阵列(PDA)，包括多个数量相等的o光、e光以及捕获光，其将光信号转换为电信号，电流强度数值与光强成函数关系，电流随光强信号增大而增大。此外，可以使用反向电压产生器为光电探测器阵列提供反向电压。
光电转换调理电路，用于对电信号进行处理，以提高电信号的信噪比。具体的，由于光电探测器阵列采集到的电流信号较弱，因此引入了光电转换调理电路对采集到的电信号进行处理，以便得到更准确的方便处理的硅片高速数据。光电转换调理电路例如可以包括跨导电路和滤波电路两部分。其中，跨导电路用于对电信号进行跨导放大，即将微弱的电流信号转换为电压信号。跨导电路可以基于16位运放芯片实现，能够保证高精度高，运行稳定等需求等。滤波电路用于对电信号进行低通滤波，滤除相应的噪音信号，以提高信号的信噪比。
采样单元，用于对电信号进行采样，将电信号(模拟信号)转换为数字信号。
图2示意性示出了本公开实施例提供的基于嵌入式FPGA芯片的控制模块的结构框图。
如图2所示，采样单元例如包括至少一个ADC采样芯片，每个ADC采样芯片包括多个采样通道，以实现多通道并行采样，对多路0光和e光在同一时刻采样。在本公开实施例以具体示例中，每个ADC采样芯片可以包括4个模拟通道输入，使用6个ADC采样芯片可实现24个模拟通道，能够覆盖光电阵列的21路光，满足多通道数据采集的需求，解决传统分时采集方式造成的误差。其中，采样单元的采样频率数量级为兆赫兹。
控制模块，用于在位移台运动至硅片上的目标位置时，接收同步触发信号以同步触发所述数据采集模块进行数据采集，其中，控制模块基于嵌入式FPGA芯片实现。
继续参阅图2，在进行硅片高度测量的过程中，需要保证在对应的位移台位置进行数据采集，因此引入同步机制，在位移台运动到目标位置后，发送同步触发信号至控制模块，使得控制模块同步控制数据采集模块计入数据采集阶段，保证多通道数据同时采集。具体的，嵌入式FPGA芯片按照与ADC芯片的通信协议，发出相应时序逻辑控制数据采集，控制模块通过生成串行时钟信号(SCKI)接收ADC数字。嵌入式FPGA芯片时钟频率采用Mhz级别，以保证采样单元的采样频率数量级为兆赫兹，高频的采样率保证了对光数据采集的准确性，进而在硅片高度测量的过程中，得到更精确的数值。
进一步地，同步触发信号的传输接口使用高速差分传输接口，分别连接数据采集模块和数据传输模块。使用差分数据进行传输触发信号，利用差分传输的抗干扰能力强的优点，极大了保证了同步信号的稳定性，同时传输阶段对整个系统的数据传输起到保障作用
并串转换模块用于将并行采集的数据转换为串行数据。此外，并串转换模块还用于对采样得到的数字信号进行低通滤波，以进一步保证采样信号的质量。
VPX数据传输接口模块用于接收串行数据，并将串行数据转换为并行数据，其中，VPX数据传输接口模块与并串转换模块之间通过VPX串行总线传输协议进行数据传输。由于VPX串行总线传输协议是是实现数据串行传输的协议，而后续上位机处理数据是对数据采集模块并行采集的数据并行处理，因此，需要先将并行采集的数据转换为串行数据，再将串行数据转化为并行数据发送至上位机进行处理。
上位机用于通过高速传输线缆接收VPX数据传输接口模块转发的并行数据，并对数据进行处理以得到硅片的高度数据。
此外，系统中的高速传输接口的线缆采用定制线缆，按照相应的接口定义使用高质量线缆进行数据传输，保证了传输数据的稳定性，同时方便整个系统的集成度。其中，高速数据传输接口包含了VPX向数据采集板卡传输的串行数据、数据采集模块向VPX传输的串行数据出口、以及同步触发信号、电源的供电部分。
图3示意性示出了本公开又一实施例提供的硅片高度数据的处理系统的结构框图。
如图3所示，处理系统还包括电平采集模块、判断模块及温度控制芯片。
电平采集模块用于采集控制模块接收的信号的高电平。
判断模块用于判断是否能够连续多个时钟采集到高电平，并在能够连续多个时钟采集到高电平的情况下，发送信号至控制模块以提示当前接收到的信号为同步触发信号。
具体的，在同步触发信号的接收阶段，需要采集同步触发信号的上升沿，为防止误采集，增加了以下机制：在第一个时钟阶段采集到的上升沿后，再经过多个时钟继续采集，如能继续连续采集到相应的高电平，即证明为同步触发信号，如不能，则不是触发信号。此机制保证了同步采集的准确性，防止误触发而采集到的错误硅片高度信息。
温度控制芯片用于采集FPGA芯片的温度以及依据上位机的指令控述FPGA芯片的温度，其中，温度控制芯片与上位机通过VPX串行总线传输协议进行数据传输。由于整个位移台系统为超净化空间，温度变化浮动较小，与相应的温度控制芯片相配合，可采用低采样频率(HZ)。此系统中，使用温度采样控制与数据采样并行传输，增加了在上位机界面对温度的实时监控，进而保证FPGA芯片在数据采集过程中处于稳定的运行环境。
此外，该系统还设有供配电及电气安全保护部件，以保证整个系统安全稳定运行。
图4示意性示出了本公开实施例提供的基于上述硅片高度数据的处理系统进行数据采集的流程图。
如图4所示，该采集流程包括：判断位移台当前位置是否在目标位置，也即对焦外部同步脉冲。若否，则继续等待，不进行数据采集。若是，发送同步触发信号至控制模块以使得控制模块同步触发数据采集模块并行采集所述硅片表面的至少一个探测点对应的数据，将并行采集的数据转换为串行数据，基于VPX串行总线传输协议将串行数据发送至VPX数据传输接口模块，通过VPX数据传输接口模块将串行数据转换为并行数据，通过上位机对并行数据进行处理，以得到硅片的高度数据。数据采集过程中事实监控基于FPGA芯片的控制模块的温度。
综上所述，本公开实施例提供的硅片高度数据的处理系统，使用移台位置同步触发机制、使用多通道高速并行采样和VPX传输的总体相互配合的架构，分别对解决目标位置和实际位置误差、上位机软件在任务调度过程中出现的时间延迟误差、提高数据传输稳定性起到了良好的解决效果，准确测量硅片表面高度，为先进测控系统中的曝光成像阶段提供了良有力的数据支持。该系统具备高精度、可拓展性强、系统结构稳定等优点。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硅片高度数据的处理系统，包括：
数据采集模块，包括多路信号采集通道，用于并行采集所述硅片表面的至少一个探测点对应的数据；
控制模块，用于在位移台运动至所述硅片上的目标位置时，接收同步触发信号以同步触发所述数据采集模块进行数据采集，其中，所述控制模块基于嵌入式FPGA芯片实现；
并串转换模块，用于将并行采集的数据转换为串行数据；
VPX数据传输接口模块，用于接收所述串行数据，并将所述串行数据转换为并行数据，其中，所述VPX数据传输接口模块与所述并串转换模块之间通过VPX串行总线传输协议进行数据传输；
上位机，用于对所述并行数据进行处理。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其中，所述数据采集模块包括：
光电探测器阵列，用于将所述硅片表面的至少一个探测点的光信号转换为电信号；
光电转换调理电路，用于对所述电信号进行处理，以提高所述电信号的信噪比；
采样单元，用于对所述电信号进行采样，将所述电信号转换为数字信号，其中，所述采样单元包括至少一个ADC采样芯片，每个ADC采样芯片包括多个采样通道，以实现并行采样。
3.根据权利要求2所述的处理系统，其中，所述光电转换调理电路包括：
跨导电路，用于对所述电信号进行跨导放大；
滤波电路，用于对所述电信号进行低通滤波。
4.根据权利要求3所述的处理系统，其中，所述跨导电路基于16位运放芯片实现。
5.根据权利要求2所述的处理系统，其中，所述采样单元的采样频率数量级为兆赫兹。
6.根据权利要求1所述的处理系统，其中，所述同步触发信号的传输结构使用差分传输接口。
7.根据权利要求1所述的处理系统，所述处理系统还包括：
电平采集模块，用于采集所述控制模块接收的信号的高电平；
判断模块，用于判断是否能够连续多个时钟采集到高电平，并在能够连续多个时钟采集到高电平的情况下，发送信号至所述控制模块以提示当前接收到的信号为所述同步触发信号。
8.根据权利要求1所述的处理系统，所述处理系统还包括：温度控制芯片，用于采集所述FPGA芯片的温度以及依据所述上位机的指令控制所述FPGA芯片的温度，其中，所述温度控制芯片与所述上位机通过VPX串行总线传输协议进行数据传输。
9.根据权利要求1所述的处理系统，其中，所述并串转换模块还用于对所述串行数据进行低通滤波。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述处理系统的硅片高度数据的处理方法，包括：
判断位移台当前位置是否在目标位置；
若是，发送同步触发信号至控制模块以使得所述控制模块同步触发数据采集模块并行采集所述硅片表面的至少一个探测点对应的数据；
将并行采集的数据转换为串行数据，基于VPX串行总线传输协议将所述串行数据发送至VPX数据传输接口模块，通过所述VPX数据传输接口模块将所述串行数据转换为并行数据；
通过上位机对所述并行数据进行处理，以得到所述硅片的高度数据。
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