CN114697535A - 一种光刻机多路同步调焦调平系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种光刻机多路同步调焦调平系统和方法，包括图像采集模块和主控模块；其中，图像采集模块中多个模拟信号处理模块均与数字信号处理模块电连接；主控模块向图像采集模块发送图像采集指令；数字信号处理模块按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块分别发送图像采集指令；模拟信号处理模块激励成像传感器采集图像信息；主控模块计算精确高度数据，以驱动光刻机运动台实现调焦调平。本发明可以解决现有多路图像调焦调平存在时延的问题，能够实现从采集命令触发到成像传感器采集和反馈均为同一时钟，改善多路成像传感器的图像采集的同步性以及实时性，保证多个调焦调平点的同步配置。

Description

一种光刻机多路同步调焦调平系统和方法

技术领域

本发明实施例涉及光刻机技术领域，尤其涉及一种光刻机多路同步调焦调平系统和方法。

背景技术

投影光刻机是一种把掩膜图案通过投影物镜投影到硅片表面的设备。在光刻机的曝光过程中，如果硅片相对于物镜焦平面离焦或倾斜，会使曝光视场内某些区域处于有效焦深之外，将严重影响光刻质量，因此必须采用调焦调平系统进行精确控制。

图1是现有的光刻机调焦调平系统的控制逻辑示意图，参考图1，常见的调焦调平的控制逻辑中，采用多个相机分别采集打在运动台上的多个斑点图像，其中斑点位置对应表明需要调平调焦的点；当相机采集到数据以后，首先传输给图像处理板101，通过FPGA芯片完成粗定位；而后将粗定位的数据传输给多点拟合板102，由多点拟合板102中的DSP芯片进行数据运算得到各个斑点位置的垂向高度数据；而后将该数据告知运动台，运动台会根据各个斑点位置的高度进行垂向控制，使运动台实现调焦调平。

在该控制方案中，可以看出一个图像处理板设置有三个接口，分别对应接收三个相机的图像采集数据。而当需要进行图像采集的相机数量增多即当调平调焦点增多的时候，由于接口与算力的限制，所需的板卡数量增多，软件的版本也会随之增多。而且，现有的调焦调平系统中，受图像采集卡的接口限制，图像数据传输速率与处理速率由图像采集板与多点拟合板中速率最慢的那块板卡决定。可以理解，当所需的调焦调平点较多时，各个调焦调平点的同步延时性难以得到保障。

发明内容

本发明提供一种光刻机多路同步调焦调平系统和方法，以实现多个调焦调平点的同步灵活配置，降低分系统延时，提升产品闭环垂向控制系统的性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种光刻机多路同步调焦调平系统，包括图像采集模块和主控模块；

所述图像采集模块包括多个成像传感器、多个模拟信号处理模块和一个数字信号处理模块，所述多个成像传感器和所述多个模拟信号处理模块一一对应电连接，所述多个模拟信号处理模块均与所述数字信号处理模块电连接；

所述主控模块用于接收图像采集触发信号，并向所述图像采集模块发送图像采集指令；

所述数字信号处理模块用于根据所述图像采集指令，按照同一时钟信号向所述多个模拟信号处理模块分别发送图像采集指令；

所述模拟信号处理模块用于根据所述图像采集指令激励对应的所述成像传感器采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号；

所述数字信号处理模块还用于对所述数字图像信号进行处理并传输给所述主控模块；

所述主控模块用于根据所述数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；还用于根据所述数字图像信号和所述粗定位高度数据，计算精确高度数据，并向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动所述光刻机运动台实现调焦调平。

可选地，所述主控模块包括FPGA芯片和DSP芯片，所述FPGA芯片分别与所述数字信号处理模块和所述DSP芯片电连接；

所述DSP芯片用于接收图像采集触发信号，并通过所述FPGA芯片向所述图像采集模块发送图像采集指令；

所述数字信号处理模块还用于对所述数字图像信号进行处理并传输给所述FPGA芯片；

所述FPGA芯片用于根据所述数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；所述DSP芯片还用于根据所述数字图像信号和所述粗定位高度数据，计算精确高度数据，并通过所述FPGA芯片向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动所述光刻机运动台实现调焦调平。

可选地，所述图像采集模块还包括移位寄存器电路；所述移位寄存电路包括一个输入端和多个同步输出端，所述多个同步输出端的输出时钟一致；

所述移位寄存器电路的输入端与所述数字信号处理模块电连接，所述多个同步输出端分别与多个模拟信号处理模块一一对应电连接。

可选地，包括第一板卡和第二板卡，所述主控模块设置在所述第一板卡上，所述成像传感器和所述多个模拟信号处理模块设置在所述第二板卡上；

所述数字信号处理模块设置在所述第一板卡或所述第二板卡上；或者，所述光刻机多路同步调教调平系统还包括第三板卡，所述数字信号处理模块设置在所述第三板卡上。

可选地，所述光刻机多路同步调教调平系统还包括扩展器，所述扩展器包括一个输出接口和多个输入接口；

所述扩展器的输出接口与所述数字信号处理模块电连接，所述扩展器的多个输入端一一对应与所述多个模拟信号处理模块电连接。

可选地，所述多个输入接口包括Cameralink接口和网络接口。

可选地，所述FPGA芯片包括图像数据接收模块、触发信号接收模块和高度数据输出模块，所述图像数据接收模块与所述数字信号处理模块电连接，所述触发信号接收模块与整机控制分系统电连接，所述高度数据输出模块与所述运动台分系统电连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种光刻机多路同步调焦调平方法，采用如第一方面任一项所述的光刻机多路同步调焦调平系统执行，光刻机多路同步调焦调平系统包括多个调焦调平周期，在一个调焦调平周期内，所述光刻机多路同步调焦调平方法包括：

主控模块接收图像采集触发信号，并向图像采集模块发送图像采集指令；

数字信号处理模块根据所述图像采集指令，按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块分别发送所述图像采集指令；

模拟信号处理模块根据所述图像采集指令激励对应的成像传感器采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号；

所述数字信号处理模块对所述数字图像信号进行处理并传输给所述主控模块；

所述主控模块根据所述数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；

所述主控模块根据所述数字图像信号和所述粗定位高度数据，计算精确高度数据；

所述主控模块向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动所述光刻机运动台实现调焦调平。

可选地，所述光刻机多路同步调焦调平系统中，所述主控模块包括FPGA芯片和DSP芯片，所述FPGA芯片分别与所述数字信号处理模块和所述DSP芯片电连接；

主控模块接收图像采集触发信号，并向图像采集模块发送图像采集指令，包括：

DSP芯片接收图像采集触发信号，并通过所述FPGA芯片向图像采集模块发送图像采集指令；

所述数字信号处理模块对所述数字图像信号进行处理并传输给所述主控模块，包括：

所述数字信号处理模块对所述数字图像信号进行处理并传输给所述FPGA芯片；

所述主控模块根据所述数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据，包括：

所述FPGA芯片根据所述数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；

所述主控模块根据所述数字图像信号和所述粗定位高度数据，计算精确高度数据，包括：

所述DSP芯片根据所述数字图像信号和所述粗定位高度数据，计算精确高度数据；

所述主控模块向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动所述光刻机运动台实现调焦调平，包括：

所述DSP芯片通过所述FPGA芯片向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动所述光刻机运动台实现调焦调平。

可选地，相邻的至少两个所述调焦调平周期在时间维度上依次交叠，且在交叠的时间段内，所述DSP芯片、所述FPGA芯片、所述数字信号处理模块、所述模拟信号处理模块和所述成像传感器中的至少两个功能模块同步执行其相应的步骤。

可选地，所述调焦调平周期均包括第一时间段、第二时间段和第三时间段；

在一个所述调焦调平周期的所述第一时间段内，所述DSP芯片接收图像采集触发信号，并通过所述FPGA芯片向所述图像采集模块发送图像采集指令；所述数字信号处理模块根据所述图像采集指令，按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块分别发送所述图像采集指令；所述模拟信号处理模块根据所述图像采集指令激励对应的所述成像传感器采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号；所述数字信号处理模块对所述数字图像信号进行处理并传输给所述FPGA芯片；所述FPGA芯片根据所述数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；

在一个所述调焦调平周期的所述第二时间段内，所述DSP芯片根据所述数字图像信号和所述粗定位高度数据，计算精确高度数据；

在一个所述调焦调平周期的所述第三时间段内，向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动所述光刻机运动台实现调焦调平。

可选地，所述多个调焦调平周期中任意相邻的三个调焦调平包括第一调焦调平周期、第二调焦调平周期和第三调焦调平周期；

所述第一调焦调平周期的第二时间段和所述第二调焦调平周期的第一时间段在时间维度上重合；

所述第一调焦调平周期的第三时间段、所述第二调焦调平周期的第二时间段和所述第三调焦调平周期的第一时间段在时间维度上重合；

所述第二调焦调平周期的第三时间段和所述第三调焦调平周期的第二时间段在时间维度上重合。

本发明实施例中，通过设置图像采集模块和主控模块，其中图像采集模块包括多个成像传感器、多个模拟信号处理模块和一个数字信号处理模块，多个成像传感器和多个模拟信号处理模块一一对应电连接，多个模拟信号处理模块均与数字信号处理模块电连接；主控模块包括FPGA芯片和DSP芯片，FPGA芯片分别与数字信号处理模块和DSP芯片电连接；DSP芯片用于接收图像采集触发信号，并通过FPGA芯片向图像采集模块发送图像采集指令；数字信号处理模块用于根据图像采集指令，按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块分别发送图像采集指令；模拟信号处理模块用于根据图像采集指令激励对应的成像传感器采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号；数字信号处理模块还用于对数字图像信号进行处理并传输给FPGA芯片；FPGA芯片用于根据数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；DSP芯片还用于根据数字图像信号和粗定位高度数据，计算精确高度数据，并通过FPGA芯片向运动台分系统提供精确高度数据，可以驱动光刻机运动台实现调焦调平。本发明实施例可以解决现有多路图像调焦调平存在时延的问题，能够实现从采集命令触发到成像传感器采集和反馈均为同一时钟，从而可以改善多路成像传感器的图像采集的同步性以及实时性，实现多路图像数据的同步采集以及高度数据的同步反馈控制，保证多个调焦调平点的同步配置。此外，本发明实施例通过一个数字信号处理模块与多个模拟信号处理模块的组合，可以实现模拟信号处理模块的自由增减，也即可以实现调焦调平点的自由增减，而不会产生时延，保证同步的数据处理和对运动台的同步反馈控制，其链路更为简单，控制回路也更加可靠。

附图说明

图1是现有的光刻机调焦调平系统的控制逻辑示意图；

图2是本发明实施例提供的一种光刻机多路同步调焦调平系统的结构示意图；

图3是图2所示FPGA芯片的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种光刻机多路同步调焦调平系统的结构示意图；

图5是图2所示光刻机多路同步调焦调平系统的调焦调平方法流程图；

图6是本发明实施例提供的另一种光刻机多路同步调焦调平系统的调焦调平方法流程图；

图7是图6所示调焦调平方法的时序图；

图8是本发明实施例提供的另一种光刻机多路同步调焦调平系统调焦调平方法时序图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图2是本发明实施例提供的一种光刻机多路同步调焦调平系统的结构示意图，参考图2，该光刻机多路同步调焦调平系统包括图像采集模块10和主控模块20；图像采集模块10包括多个成像传感器11、多个模拟信号处理模块12和一个数字信号处理模块13，多个成像传感器11和多个模拟信号处理模块12一一对应电连接，多个模拟信号处理模块12均与数字信号处理模块13电连接；主控模块20用于接收图像采集触发信号，并向图像采集模块10发送图像采集指令；数字信号处理模块13用于根据图像采集指令，按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块12分别发送图像采集指令；模拟信号处理模块12用于根据图像采集指令激励对应的成像传感器11采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号；数字信号处理模块13还用于对数字图像信号进行处理并传输给主控模块20；

主控模块20用于根据数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；还用于根据数字图像信号和粗定位高度数据，计算精确高度数据，并向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动光刻机运动台实现调焦调平。

本实施例中的光刻机多路同步调焦调平系统的主要调焦调平原理为：利用在光刻机运动台上的多个调焦调平点曝光形成斑点，利用成像传感器采集斑点的图像信息，再进行数据处理和分析，获得斑点所在位置的高度数据，根据不同调焦调平点的高度数据，可以反馈控制调节运动台，使运动台进行调焦和调平。可以理解，当调焦调平点数量越多，即斑点数量越多，则运动台的反馈控制调焦调平则更精确。

在上述的图像采集模块10中，成像传感器11具体可以采用电荷耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)制成，即利用CCD相机采集光刻机运动台上的斑点图像。可以理解，成像传感器11采集图像一般为模拟电信号，利用模拟信号处理模块12，可以将原始的图像信息进行放大、滤波、模数转换等处理，从而再由数字信号处理模块13将转换后的数字信号进行处理后提供给FPGA芯片21。

在一具体实施例中，可设置主控模块20包括FPGA芯片21和DSP芯片22，FPGA芯片21分别与数字信号处理模块13和DSP芯片22电连接；DSP芯片22用于接收图像采集触发信号，并通过FPGA芯片21向图像采集模块10发送图像采集指令；数字信号处理模块13用于根据图像采集指令，按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块12分别发送图像采集指令；模拟信号处理模块12用于根据图像采集指令激励对应的成像传感器11采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号；数字信号处理模块13还用于对数字图像信号进行处理并传输给FPGA芯片21；FPGA芯片21用于根据数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；DSP芯片22还用于根据数字图像信号和粗定位高度数据，计算精确高度数据，并通过FPGA芯片21向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动光刻机运动台实现调焦调平。

其中，可设置FPGA芯片21根据该数字图像信号进行粗定位，即初步的数据处理，生成粗定位高度数据，获得运动台初步的高度数据。DSP芯片22则负责根据该粗定位高度数据以及原始的数字图像信号，分析和计算各路图像传感器11对应的斑点位置的高度数据，从而用于进行运动台的调焦调平。需要注意的是，FPGA芯片21和DSP芯片22的数据处理生成高度数据的区别在于算法处理以及信号延迟的问题，FPGA芯片21直接从数字信号处理模块13获取数字图像信号并开始计算，DSP芯片22则需要经过FPGA芯片21的数据传输过程，此传输过程导致了一定程度的时延。此外，DSP芯片22的数据处理过程不仅包含原始的数字图像信号，也包括FPGA芯片21经粗定位生成的粗定位高度数据。因此，DSP芯片22可以获得精确度更高的高度数据，而FPGA芯片21获得的高度数据相对较粗略。需要说明的是，设置主控模块中的FPGA芯片和DSP芯片分别负责主控模块的相关处理和反馈控制，仅为本发明的一种实施方式，可以理解，本领域技术人员可以根据实际需求设计和选择主控模块内部的结构，包括芯片类型、芯片连接方式以及芯片的工作内容等，此处并非限制。

此外，需要强调的是，运动台的调焦调平过程需要保证各个调焦调平点对应的高度数据同步实时输出。可以理解，当调焦调平系统反馈控制不同的调焦调平点时，各点的高度数据不同步，会大大影响运动台的实时调节，也影响运动台的准确调平和调焦。本实施例中，设置一个数字信号处理模块13连接多个模拟信号处理模块12，并且在发送图像采集指令时，按照同一时钟分别向多个模拟信号处理模块12发送指令，即可以实现多组模拟信号处理模块和成像传感器均按照同一时钟进行数据采集和数据反馈，也即可以实现同步控制多个模拟信号处理模块和多个成像传感器进行图像采集和数据接收，避免了多路成像传感器采集的图像数据之间存在时延而影响运动台各个调焦调平点的同步调节。

本发明实施例中，通过设置图像采集模块和主控模块，其中图像采集模块包括多个成像传感器、多个模拟信号处理模块和一个数字信号处理模块，多个成像传感器和多个模拟信号处理模块一一对应电连接，多个模拟信号处理模块均与数字信号处理模块电连接；主控模块用于接收图像采集触发信号，并向图像采集模块发送图像采集指令；数字信号处理模块用于根据图像采集指令，按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块分别发送图像采集指令；模拟信号处理模块用于根据图像采集指令激励对应的成像传感器采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号；数字信号处理模块还用于对数字图像信号进行处理并传输给主控模块；主控模块用于根据数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；还用于根据数字图像信号和粗定位高度数据，计算精确高度数据，并向运动台分系统提供精确高度数据，可以驱动光刻机运动台实现调焦调平。本发明实施例可以解决现有多路图像调焦调平存在时延的问题，能够实现从采集命令触发到成像传感器采集和反馈均为同一时钟，从而可以改善多路成像传感器的图像采集的同步性以及实时性，实现多路图像数据的同步采集以及高度数据的同步反馈控制，保证多个调焦调平点的同步配置。此外，本发明实施例通过一个数字信号处理模块与多个模拟信号处理模块的组合，可以实现模拟信号处理模块的自由增减，也即可以实现调焦调平点的自由增减，而不会产生时延，保证同步的数据处理和对运动台的同步反馈控制，其链路更为简单，控制回路也更加可靠。

图3是图2所示FPGA芯片的结构示意图，参考图2和图3，本发明实施例中，可选FPGA芯片包括图像数据接收模块210、触发信号接收模块220和高度数据输出模块230，图像数据接收模块210与图像采集模块10中的数字信号处理模块13电连接，触发信号接收模块220与整机控制分系统电连接，高度数据输出模块230与运动台分系统电连接。

其中，FPGA芯片对于不同的连接对象，其内部需要设置对应的数据处理模块，以满足数据或信号解析的要求。对于图像采集模块以及整个光刻机系统中的运动台分系统和整机控制分系统，FPGA芯片21所接收的数据或发送的数据类型和格式并不相同。示例性地，对于运动台分系统，FPGA芯片21通过BISS-C接口协议实现通讯连接，而对于图像采集模块10，其提供的数据一般以Cameralink接口协议或网络接口协议进行通讯。因此，本领域技术人员可以根据实际的电路和程序设计本发明实施例中PFGA芯片21需要对应设置的各个处理模块。

下面针对上述实施例中，数字信号处理模块按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块分别发送图像采集指令的具体实施方式进行介绍。在本发明的一个实施例中，可选图像采集模块还包括移位寄存器电路；移位寄存电路包括一个输入端和多个同步输出端，多个同步输出端的输出时钟一致；移位寄存器电路的输入端与数字信号处理模块电连接，多个同步输出端分别与多个模拟信号处理模块一一对应电连接。

需要说明的是，移位寄存电路的多个同步输出端是指多个输出端按照同一时钟输出数据或信号。示例性地，本领域技术人员可以理解，通过在移位寄存电路设置多个相同的移位寄存器，该多个移位寄存器连接同一时钟输入信号，可以实现时钟信号的同步移位，因而能保证输出多个同步的时钟信号。当然，上述实施方式仅为本发明的一个实施例，对于具体的移位寄存电路结构，本实施例不做限制，本领域技术人员可以根据实际需求进行设计。

以上是本发明实施例提供的光刻机多路同步调焦调平系统的模块化结构，本实施例针对实际的芯片安装方式以及电路的连接方式提供了具体的实施方式。图4是本发明实施例提供的另一种光刻机多路同步调焦调平系统的结构示意图，参考图4，可选地，在该实施例中，可选光刻机多路同步调焦调平系统包括第一板卡100和第二板卡200，主控模块20设置在第一板卡100上，成像传感器11、多个模拟信号处理模块12和数字信号处理模块13均设置在第二板卡200上。

其中板卡是指印制电路板，简称PCB板，制作时带有插芯，可以插入计算机的主电路板(主板)的插槽中，用来控制硬件的运行，比如显示器、采集卡等设备，安装驱动程序后，即可实现相应的硬件功能。将本实施例的调焦调平系统设置采用两个板卡，其中第二板卡200属于前端板卡，用于采集或获取运动台的斑点图像信息，第一板卡100则为后端板卡，用于进行触发信号的发送和数据的处理反馈。

具体地，本实施例中成像传感器一般可采用CCD相机实现，为了适应不同接口类型的成像传感器，本实施例中可选光刻机多路同步调教调平系统还包括扩展器，扩展器包括一个输出接口和多个输入接口；扩展器的输出接口与数字信号处理模块电连接，扩展器的多个输入端一一对应与多个模拟信号处理模块电连接。具体地，该扩展器的多个输入接口根据现有CCD相机的接口类型进行设置，其中可包括Cameralink接口和网络接口，当然还可以是其他与相机适配的接口，此处不做过多限制。

以上实施例的方案是一种可以摆脱接口限制的方案，可以实现高密度图像数据处理功能。对于现有相机接口可选择的三种模式：base mode、meduim mode和full mode，本发明实施例中，可在第二板卡中设置扩展器，从而使该板卡具备分别满足相机接口的三种模式的接口，使板卡同时支持Cameralink的base模式、meduim模式和full模式。此外，对于网络接口的相机，本实施例设置扩展器，也可实现支持网络协议通讯，供网口相机连接使用。由上可知，采用扩展器增加多个连接接口，从而适配不同类型的相机接口，可以实现一块板卡采集多路相机图像数据并处理的作用。在实际的调焦调平系统中，可定制多达20个扩展接口，从而实现20路相机的图像数据采集和处理。

下面以2K线阵相机的数据来举例对比本实施例数据处理速率和现有调焦调平系统的数据处理速率。首先需要说明，2K线阵相机一帧图像的大小为2048*12bit。现有调焦调平系统中采用的多点拟合板中的单核DSP芯片的处理速度为200mHz。表1是本发明实施例提供的多路同步调焦调平系统在Cameralink三种制式通讯速率下的单帧图像耗时。

表1

由上表1可知，本实施例中提供的调焦调平系统，可以实现full模式的数据传输，其中，单路图像数据传输性能是base模式的22倍，可以实现108微秒完成20路2K线阵相机的图像传输的能力。而现有采用单核DSP芯片的调焦调平系统，受到单核处理速率200mHz的限制，一路2K线阵相机的图像信号就需要102.4微秒。相比而言，本发明实施例可以大大节省数据处理的时间，提高数据处理的效率，从而能够改善光刻机调焦调平性能，使光刻机满足调焦调平的精度要求。

当然，对于板卡数量的设计以及芯片和模块的安装位置，本领域技术人员也可根据实际情况进行选择。在本发明的其他实施例中，可选光刻机多路同步调焦调平系统包括第一板卡和第二板卡，主控模块和数字信号处理模块设置在第一板卡上，成像传感器和多个模拟信号处理模块设置在第二板卡上。此外，也可额外设置第三板卡，将数字信号处理模块单独设置在第三板卡上，此处不做过多限制。

在上述实施例提供的光刻机多路同步调焦调平系统的基础上，本发明实施例还提供了具体的调焦调平方法。图5是图2所示光刻机多路同步调焦调平系统的调焦调平方法流程图，参考图2和图5，该光刻机多路同步调焦调平方法，采用上述实施例提供的任意一种光刻机多路同步调焦调平系统执行，该光刻机多路同步调焦调平系统包括多个调焦调平周期，在一个调焦调平周期内，光刻机多路同步调焦调平方法包括：

S110、主控模块接收图像采集触发信号，并向图像采集模块发送图像采集指令；

S120、数字信号处理模块根据图像采集指令，按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块分别发送图像采集指令；

S130、模拟信号处理模块根据图像采集指令激励对应的成像传感器采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号；

S140、数字信号处理模块对数字图像信号进行处理并传输给主控模块；

S150、主控模块根据数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；

S160、主控模块根据数字图像信号和粗定位高度数据，计算精确高度数据；

S170、主控模块向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动光刻机运动台实现调焦调平。

本发明实施例中，通过设置主控模块接收图像采集触发信号，并向图像采集模块发送图像采集指令；数字信号处理模块根据图像采集指令，按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块分别发送图像采集指令；模拟信号处理模块根据图像采集指令激励对应的成像传感器采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号；数字信号处理模块对数字图像信号进行处理并传输给主控模块；主控模块根据数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；还根据数字图像信号和粗定位高度数据，计算精确高度数据，并向运动台分系统提供精确高度数据，可以驱动光刻机运动台实现调焦调平。本发明实施例可以解决现有多路图像调焦调平存在时延的问题，能够实现从采集命令触发到成像传感器采集和反馈均为同一时钟，从而可以改善多路成像传感器的图像采集的同步性以及实时性，实现多路图像数据的同步采集以及高度数据的同步反馈控制，保证多个调焦调平点的同步配置。此外，本发明实施例通过一个数字信号处理模块与多个模拟信号处理模块的组合，可以实现模拟信号处理模块的自由增减，也即可以实现调焦调平点的自由增减，而不会产生时延，保证同步的数据处理和对运动台的同步反馈控制，其链路更为简单，控制回路也更加可靠。

具体地，继续参考图2，在本发明的一个具体实施例中，可设置主控模块20包括FPGA芯片21和DSP芯片22，FPGA芯片21分别与数字信号处理模块13和DSP芯片22电连接。对应地，在上述的光刻机多路同步调焦调平方法的基础上，本发明实施例还提供了更为具体的调焦调平方法。图6是本发明实施例提供的另一种光刻机多路同步调焦调平系统的调焦调平方法流程图，图7是图6所示调焦调平方法的时序图，参考图2、图6和图7，该光刻机多路同步调焦调平方法包括：

S111、DSP芯片接收图像采集触发信号，并通过FPGA芯片向图像采集模块发送图像采集指令；

S120、数字信号处理模块根据图像采集指令，按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块分别发送图像采集指令；

S130、模拟信号处理模块根据图像采集指令激励对应的成像传感器采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号；

S141、数字信号处理模块对数字图像信号进行处理并传输给FPGA芯片；

S151、FPGA芯片根据数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；

S161、DSP芯片根据数字图像信号和粗定位高度数据，计算精确高度数据；

S171、DSP芯片通过FPGA芯片向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动光刻机运动台实现调焦调平。

其中，在步骤S111前，DSP芯片22需要接收整机控制分系统或上位机的图像采集触发信号。对于整机控制分系统提供图像采集触发信号而言，其通过与FPGA芯片21连接，通过FPGA芯片21向DSP芯片22提供触发信号，DSP信号此时执行步骤S110，从而将图像采集指令从FPGA芯片21到数字信号处理模块13到模拟信号处理模块12依次传递至成像传感器11。

如图7所示的一个调焦调平周期时序内，DSP芯片和FPGA芯片等均存在大量的等待时间，大大降低了其工作效率。为了增加芯片以及各模块的有效工作时间，提高调焦调平系统的工作效率，本发明实施例中，可设置相邻的至少两个调焦调平周期在时间维度上依次交叠，且在交叠的时间段内，DSP芯片、FPGA芯片、数字信号处理模块、模拟信号处理模块和成像传感器中的至少两个功能模块同步执行其相应的步骤。

可以理解，通过将相邻的两个调焦调平周期中不同的两个功能模块同步执行其相应的步骤，可以避免至少一个功能模块的等待时间，从而能够缩短一个调焦调平周期的时间。本发明针对该种实施方式提供了一具体实施例。首先，参考图6和图7，本发明实施例中的光刻机多路同步调焦调平方法中，可选调焦调平周期均包括第一时间段t1、第二时间段t2和第三时间段t3；

在一个调焦调平周期的第一时间段t1内，DSP芯片接收图像采集触发信号(触发命令)，并通过FPGA芯片向图像采集模块发送图像采集指令；数字信号处理模块根据图像采集指令，按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块分别发送图像采集指令；模拟信号处理模块根据图像采集指令激励对应的成像传感器采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号(CCD1～CCD3)；数字信号处理模块对数字图像信号进行处理并传输给FPGA芯片(FPGA数据采集)；FPGA芯片根据数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据(FPGA预处理、存储)；

在一个调焦调平周期的第二时间段t2内，DSP芯片根据数字图像信号和粗定位高度数据，计算精确高度数据(DSP读取数据、计算Z1～Z3)；

在一个调焦调平周期的第三时间段t3内，向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动光刻机运动台实现调焦调平(传输命令、测量结果传输)。

上述三个时间段的划分主要以DSP芯片的工作内容来划分。第一时间段t1可以认为是向DSP芯片准备数据的过程，在该过程中，DSP芯片仅负责提供触发命令；第二时间段t2可以认为是DSP芯片的主要数据处理过程，DSP芯片根据FPGA芯片提供的数据进行垂向高度计算，获得精确的高度数据；第三时间段t3则可认为是DSP芯片的数据输出过程。

图8是本发明实施例提供的另一种光刻机多路同步调焦调平系统调焦调平方法时序图，参考图2和图8，在上述实施例的基础上，可选多个调焦调平周期中任意相邻的三个调焦调平包括第一调焦调平周期、第二调焦调平周期和第三调焦调平周期；第一调焦调平周期的第二时间段和第二调焦调平周期的第一时间段在时间维度上重合；第一调焦调平周期的第三时间段、第二调焦调平周期的第二时间段和第三调焦调平周期的第一时间段在时间维度上重合；第二调焦调平周期的第三时间段和第三调焦调平周期的第二时间段在时间维度上重合。可以理解，上述的第二调焦调平周期实质上是前后存在调焦调平周期的一个中间调焦调平周期，该中间调焦调平周期会与前后的调焦调平周期在时间上存在交叠。

下面按时序对该三个调焦调平周期各个时间段具体的工作内容进行介绍。为方便理解附图时序，第一调焦调平周期的时序步骤可参考实线箭头所示流程。

在第一调焦调平周期的第一时间段t1内：DSP芯片接收图像采集触发信号(触发命令)，并通过FPGA芯片向图像采集模块发送图像采集指令；数字信号处理模块根据图像采集指令，按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块分别发送图像采集指令；模拟信号处理模块根据图像采集指令激励对应的成像传感器采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号(CCD1～CCD3)；数字信号处理模块对数字图像信号进行处理并传输给FPGA芯片(FPGA数据采集)；FPGA芯片根据数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据(FPGA预处理、存储)；

在第一调焦调平周期的第二时间段t2(也是第二调焦调平周期的第一时间段)内：

1)对于第一调焦调平周期而言：DSP芯片根据数字图像信号和粗定位高度数据，计算精确高度数据(DSP读取数据、计算Z1～Z3)；

2)对于第二调焦调平周期而言：DSP芯片接收图像采集触发信号(触发命令)，并通过FPGA芯片向图像采集模块发送图像采集指令；数字信号处理模块根据图像采集指令，按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块分别发送图像采集指令；模拟信号处理模块根据图像采集指令激励对应的成像传感器采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号(CCD1～CCD3)；数字信号处理模块对数字图像信号进行处理并传输给FPGA芯片(FPGA数据采集)；FPGA芯片根据数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据(FPGA预处理、存储)；

在第一调焦调平周期的第三时间段t3(也是第二调焦调平周期的第二时间段和第三调焦调平周期的第一时间段)：

1)对于第一调焦调平周期而言：向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动光刻机运动台实现调焦调平(传输命令、测量结果传输)。

2)对于第二调焦调平周期而言：DSP芯片根据数字图像信号和粗定位高度数据，计算精确高度数据(DSP读取数据、计算Z1～Z3)；

3)对于第三调焦调平周期而言：DSP芯片接收图像采集触发信号(触发命令)，并通过FPGA芯片向图像采集模块发送图像采集指令；数字信号处理模块根据图像采集指令，按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块分别发送图像采集指令；模拟信号处理模块根据图像采集指令激励对应的成像传感器采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号(CCD1～CCD3)；数字信号处理模块对数字图像信号进行处理并传输给FPGA芯片(FPGA数据采集)；FPGA芯片根据数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据(FPGA预处理、存储)。

需要说明的是，由于上述的第一调焦调平周期、第二调焦调平周期和第三调焦调平周期是任意相邻的三个周期，也即意味着第一调焦调平周期的前一调焦调平周期同样会与该第一调焦调平周期在时间维度上存在重合，第三调焦调平周期的后一调焦调平周期同样会与该第三调焦调平周期在时间维度上存在重合。因此，在如图8所示的时序图在第一调焦调平周期的第一时间段t1中，还存在前面两个调焦调平周期的执行步骤，此处不多赘述。

由图8所示的实施例可知，通过相邻的至少两个调焦调平周期在时间维度上交叠，使两个调焦调平周期中不同的两个功能模块同步执行其相应的步骤，可以避免至少一个功能模块的等待时间，减少同一模块执行相同步骤的间隔，充分利用每一功能模块，从而提高调焦调平系统的工作效率。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种光刻机多路同步调焦调平系统，其特征在于，包括图像采集模块和主控模块；

所述图像采集模块包括多个成像传感器、多个模拟信号处理模块和一个数字信号处理模块，所述多个成像传感器和所述多个模拟信号处理模块一一对应电连接，所述多个模拟信号处理模块均与所述数字信号处理模块电连接；

所述主控模块用于接收图像采集触发信号，并向所述图像采集模块发送图像采集指令；

所述数字信号处理模块用于根据所述图像采集指令，按照同一时钟信号向所述多个模拟信号处理模块分别发送图像采集指令；

所述模拟信号处理模块用于根据所述图像采集指令激励对应的所述成像传感器采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号；

所述数字信号处理模块还用于对所述数字图像信号进行处理并传输给所述主控模块；

所述主控模块用于根据所述数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；还用于根据所述数字图像信号和所述粗定位高度数据，计算精确高度数据，并向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动所述光刻机运动台实现调焦调平。

2.根据权利要求1所述的光刻机多路同步调焦调平系统，其特征在于，所述主控模块包括FPGA芯片和DSP芯片，所述FPGA芯片分别与所述数字信号处理模块和所述DSP芯片电连接；

所述DSP芯片用于接收图像采集触发信号，并通过所述FPGA芯片向所述图像采集模块发送图像采集指令；

所述数字信号处理模块还用于对所述数字图像信号进行处理并传输给所述FPGA芯片；

所述FPGA芯片用于根据所述数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；所述DSP芯片还用于根据所述数字图像信号和所述粗定位高度数据，计算精确高度数据，并通过所述FPGA芯片向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动所述光刻机运动台实现调焦调平。

3.根据权利要求1所述的光刻机多路同步调焦调平系统，其特征在于，所述图像采集模块还包括移位寄存器电路；所述移位寄存电路包括一个输入端和多个同步输出端，所述多个同步输出端的输出时钟一致；

所述移位寄存器电路的输入端与所述数字信号处理模块电连接，所述多个同步输出端分别与多个模拟信号处理模块一一对应电连接。

4.根据权利要求1所述的光刻机多路同步调焦调平系统，其特征在于，包括第一板卡和第二板卡，所述主控模块设置在所述第一板卡上，所述成像传感器和所述多个模拟信号处理模块设置在所述第二板卡上；

所述数字信号处理模块设置在所述第一板卡或所述第二板卡上；或者，所述光刻机多路同步调教调平系统还包括第三板卡，所述数字信号处理模块设置在所述第三板卡上。

5.根据权利要求1所述的光刻机多路同步调焦调平系统，其特征在于，所述光刻机多路同步调教调平系统还包括扩展器，所述扩展器包括一个输出接口和多个输入接口；

所述扩展器的输出接口与所述数字信号处理模块电连接，所述扩展器的多个输入端一一对应与所述多个模拟信号处理模块电连接。

6.根据权利要求5所述的光刻机多路同步调焦调平系统，其特征在于，所述多个输入接口包括Cameralink接口和网络接口。

7.根据权利要求1所述的光刻机多路同步调焦调平系统，其特征在于，所述FPGA芯片包括图像数据接收模块、触发信号接收模块和高度数据输出模块，所述图像数据接收模块与所述数字信号处理模块电连接，所述触发信号接收模块与整机控制分系统电连接，所述高度数据输出模块与所述运动台分系统电连接。

8.一种光刻机多路同步调焦调平方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的光刻机多路同步调焦调平系统执行，光刻机多路同步调焦调平系统包括多个调焦调平周期，在一个调焦调平周期内，所述光刻机多路同步调焦调平方法包括：

主控模块接收图像采集触发信号，并向图像采集模块发送图像采集指令；

数字信号处理模块根据所述图像采集指令，按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块分别发送所述图像采集指令；

模拟信号处理模块根据所述图像采集指令激励对应的成像传感器采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号；

所述数字信号处理模块对所述数字图像信号进行处理并传输给所述主控模块；

所述主控模块根据所述数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；

所述主控模块根据所述数字图像信号和所述粗定位高度数据，计算精确高度数据；

所述主控模块向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动所述光刻机运动台实现调焦调平。

9.根据权利要求8所述的光刻机多路同步调焦调平方法，其特征在于，所述光刻机多路同步调焦调平系统中，所述主控模块包括FPGA芯片和DSP芯片，所述FPGA芯片分别与所述数字信号处理模块和所述DSP芯片电连接；

主控模块接收图像采集触发信号，并向图像采集模块发送图像采集指令，包括：

DSP芯片接收图像采集触发信号，并通过所述FPGA芯片向图像采集模块发送图像采集指令；

所述数字信号处理模块对所述数字图像信号进行处理并传输给所述主控模块，包括：

所述数字信号处理模块对所述数字图像信号进行处理并传输给所述FPGA芯片；

所述主控模块根据所述数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据，包括：

所述FPGA芯片根据所述数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；

所述主控模块根据所述数字图像信号和所述粗定位高度数据，计算精确高度数据，包括：

所述DSP芯片根据所述数字图像信号和所述粗定位高度数据，计算精确高度数据；

所述主控模块向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动所述光刻机运动台实现调焦调平，包括：

所述DSP芯片通过所述FPGA芯片向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动所述光刻机运动台实现调焦调平。

10.根据权利要求9所述的光刻机多路同步调焦调平方法，其特征在于，相邻的至少两个所述调焦调平周期在时间维度上依次交叠，且在交叠的时间段内，所述DSP芯片、所述FPGA芯片、所述数字信号处理模块、所述模拟信号处理模块和所述成像传感器中的至少两个功能模块同步执行其相应的步骤。

11.根据权利要求10所述的光刻机多路同步调焦调平方法，其特征在于，所述调焦调平周期均包括第一时间段、第二时间段和第三时间段；

在一个所述调焦调平周期的所述第一时间段内，所述DSP芯片接收图像采集触发信号，并通过所述FPGA芯片向所述图像采集模块发送图像采集指令；所述数字信号处理模块根据所述图像采集指令，按照同一时钟信号向多个模拟信号处理模块分别发送所述图像采集指令；所述模拟信号处理模块根据所述图像采集指令激励对应的所述成像传感器采集光刻机运动台上斑点的图像信息，并转换为数字图像信号；所述数字信号处理模块对所述数字图像信号进行处理并传输给所述FPGA芯片；所述FPGA芯片根据所述数字图像信号进行粗定位，生成粗定位高度数据；

在一个所述调焦调平周期的所述第二时间段内，所述DSP芯片根据所述数字图像信号和所述粗定位高度数据，计算精确高度数据；

在一个所述调焦调平周期的所述第三时间段内，向运动台分系统提供精确高度数据，以驱动所述光刻机运动台实现调焦调平。

12.根据权利要求11所述的光刻机多路同步调焦调平方法，其特征在于，所述多个调焦调平周期中任意相邻的三个调焦调平包括第一调焦调平周期、第二调焦调平周期和第三调焦调平周期；

所述第一调焦调平周期的第二时间段和所述第二调焦调平周期的第一时间段在时间维度上重合；

所述第一调焦调平周期的第三时间段、所述第二调焦调平周期的第二时间段和所述第三调焦调平周期的第一时间段在时间维度上重合；

所述第二调焦调平周期的第三时间段和所述第三调焦调平周期的第二时间段在时间维度上重合。

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