專利名稱：一種用于光刻機檢焦系統(tǒng)的高精度多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，尤其涉及一種用于光刻機檢焦系統(tǒng)的高精度多通道數(shù)據(jù)米集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在過去的三十多年里，以集成電路為核心的微電子技術(shù)迅速發(fā)展，高密度、高速度和超高頻器件不斷出現(xiàn)。根據(jù)摩爾定律，單位面積硅片上的晶體管集成度以每三年增長兩倍的速度增長。集成電路的集成度越做越高，完全得益于微細(xì)加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是光刻技術(shù)的不斷進(jìn)步。在微電子技術(shù)發(fā)展過程中，由于光學(xué)投影光刻技術(shù)具有成熟的光刻工藝和巨大的產(chǎn)業(yè)背景，它一直是大規(guī)模生產(chǎn)中最關(guān)鍵的工藝技術(shù)。在早期的光刻機中，曝光波長長，數(shù)值孔徑小，曝光面積小，由焦深公式DOF =k2A/(NA2)可知，早期光刻機的焦深比較長。隨著工藝和技術(shù)的進(jìn)步，由于曝光波長縮短，數(shù)值孔徑大，曝光面積增大，導(dǎo)致焦深逐漸縮短。有效焦深的縮短對檢焦提出了更高的要求，對于檢焦信號的后續(xù)處理的精度要求也相應(yīng)提高。如果實際焦深達(dá)不到光刻工藝所要求的焦深容限，將嚴(yán)重影響曝光線條質(zhì)量和集成電路的產(chǎn)率。焦深已經(jīng)成為阻礙光學(xué)投影光刻技術(shù)向更高分辨率挺進(jìn)的關(guān)鍵因素，調(diào)平調(diào)焦(充分利用焦深)對投影光刻來說 十分重要。而精確檢測焦面得到的數(shù)據(jù)則是調(diào)平調(diào)焦的重要依據(jù)，意義重大。由于精檢焦輸出的檢焦信號是模擬信號，需要一個合適的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)換為處理起來靈活方便且穩(wěn)定性好的數(shù)字信號，數(shù)據(jù)采集已成為檢焦系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中一個十分重要的組成部分，它的精度在一定程度上影響著檢焦精度，因此掌握一款高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計方法是十分現(xiàn)實和迫切的，為更好的進(jìn)行后續(xù)處理提供了良好的基礎(chǔ)。而市面上針對光刻機檢焦系統(tǒng)，尤其是能同時完成模擬信號調(diào)理，模數(shù)轉(zhuǎn)換，能夠以較高的精度(14bits以上)進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)采集并存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品是一片空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題在于:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于光刻機檢焦系統(tǒng)的高精度多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以實現(xiàn)對雙光柵檢焦系統(tǒng)精檢焦信號(模擬信號)的高精度采集轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的技術(shù)方案為:—種用于光刻機檢焦系統(tǒng)的高精度多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于包括輸入接口模塊，模擬信號調(diào)理電路模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，參考電壓模塊，精密電源模塊，光電隔離模塊，單片機控制模塊，串并轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊，輸出接口模塊。輸入接口模塊的輸出端與模擬信號調(diào)理電路的輸入端相連，模擬信號調(diào)理模塊，參考電壓模塊和精密電源模塊的輸出端均與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連光電隔離模塊，光電隔離模塊的輸出端與單片機控制模塊相連，單片機控制模塊與串并轉(zhuǎn)換模塊相連，串并轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連數(shù)據(jù)存儲模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊的輸出端與數(shù)據(jù)輸出接口模塊相連。作為對本發(fā)明的改進(jìn)，所述的模擬信號調(diào)理模塊包括信號放大電路，單端轉(zhuǎn)差分電路，低通濾波電路，工頻干擾濾波電路。模擬信號調(diào)理模塊完成對輸入模擬信號的放大，并將單端信號轉(zhuǎn)換為差分信號，以減小共模干擾，經(jīng)低通濾波后再進(jìn)一步濾除50Hz工頻干擾。作為對本發(fā)明的改進(jìn)，所述精密電源模塊包括兩級三端穩(wěn)壓電路，低壓差線性穩(wěn)壓電路。對供電電源進(jìn)行充分穩(wěn)壓后為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊提供高穩(wěn)定的電源。作為對本發(fā)明的改進(jìn)，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊選用TI公司的E — A型模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1256，它具有高達(dá)23bits無噪聲精度，低功耗，正常模式下功耗為38mW，備用模式下功耗為0.4mW，可配置為8路單級輸入或者4路差動輸入。作為對本發(fā)明的改進(jìn)，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器和單片機之間采用光電隔離器用于將整個系統(tǒng)的模擬信號和數(shù)字信號隔離，減小數(shù)字電平的跳變對于模擬電路的影響。作為對本發(fā)明的改進(jìn)，所述的單片機控制模塊選用AT89S51作為整個系統(tǒng)的核心控制芯片，控制信號采集的開始停止，選擇采集通道，并將每一路串行結(jié)果通過74HC595轉(zhuǎn)化成并行數(shù)據(jù)，完成AD輸出的串并格式轉(zhuǎn)換，再將該并行數(shù)據(jù)用先進(jìn)先出數(shù)據(jù)存儲器IDT7203 暫存。
單片機控制模塊具體控制流程包括以下步驟:I)系統(tǒng)上電復(fù)位后，初始化單片機內(nèi)部配置；2)單片機通過光電隔離模塊讀取ADC數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號/DRDY，若/DRDY為低，初始化ADC，否則返回；3)單片機初始化ADC后通過光電隔離模塊寫自校正命令字SELF0CAL和SELFGCAL到ADC，校正ADC內(nèi)部失調(diào)電壓和增益誤差；4)單片機通過光電隔離模塊讀取ADC數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號/DRDY，若/DRDY為低，待ADC接收到外同步信號后，單片機允許/INT中斷；5)單片機響應(yīng)/INT中斷進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，CH++ (CH充當(dāng)一個初值為0的計數(shù)器，用來指示轉(zhuǎn)換到哪一個通道繼續(xù)采集);6)判斷CH_4=0 若條件成立，單片機通過光電隔離模塊發(fā)送寫寄存器命令WREG到ADC，將ADC采集通道改為第CH通道；否則，先將CH清零，再用WREG命令把采集通道改為第CH通道(系統(tǒng)是4通道循環(huán)，故CH的循環(huán)計數(shù)周期是4);此時ADC當(dāng)前的采集通道變?yōu)橄乱粋€采集通道，ADC開始新的采集轉(zhuǎn)換；7)單片機進(jìn)行四個時鐘周期延遲后光電隔離模塊發(fā)送讀數(shù)據(jù)命令字RDATA到ADC,讀取ADC轉(zhuǎn)換寄存器中的數(shù)據(jù)暫存于單片機中，這時的數(shù)據(jù)其實是上一輪轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，這種方式實現(xiàn)了一邊提取數(shù)據(jù)的同時ADC —邊進(jìn)行新的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換；8)單片機向串并轉(zhuǎn)換模塊的移位寄存器清零端/MR發(fā)送低電平初始化串并轉(zhuǎn)換模塊的移位寄存器；9)串并轉(zhuǎn)換模塊的移位寄存器時鐘輸入端SH-CP接收單片機發(fā)送的時鐘信號，在SH-CP的上升沿移位寄存器中的數(shù)據(jù)移位，在SH-CP的下降沿移位寄存器中的數(shù)據(jù)不變；10)單片機向串并轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)存儲器時鐘輸入端ST_CP發(fā)送時鐘信號，串并轉(zhuǎn)換模塊在ST_CP的上升沿移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)存儲器，在ST_CP的下降沿數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)不變；11)單片機讀取數(shù)據(jù)存儲模塊的滿標(biāo)志/FF，若/FF為高，則數(shù)據(jù)存儲模塊在接收到單片機發(fā)送的寫入控制端信號/W為低時寫入串并轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)據(jù)；12)單片機讀取數(shù)據(jù)存儲模塊的空標(biāo)志/FF，若/EF為高，則數(shù)據(jù)存儲模塊在接收到單片機發(fā)送的讀出控制端信號/R為低時將數(shù)據(jù)輸出給輸出接口模塊。本發(fā)明的有益效果是，整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由獨立的模塊構(gòu)成，針對性強，可靠性高，實時性好。(I)模擬信號調(diào)理模塊完成對輸入模擬信號的放大，并將單端信號轉(zhuǎn)換為差分信號，大大減小共模干擾的影響，信號經(jīng)低通濾波后再通過50Hz陷波器濾除工頻干擾這個數(shù)據(jù)采集中的嚴(yán)重干擾；( 2 )參考電壓模塊選用初始誤差小，溫度系數(shù)低，調(diào)整率低的參考源芯片將參考源帶來的誤差降低到最?。?3)精密電源模塊對供電電源進(jìn)行充分穩(wěn)壓后為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊提供高穩(wěn)定的電源；(4)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊選用TI公司的E — A型模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1256，它具有高達(dá)23bits無噪聲精度，低功 耗，正常模式下功耗為38mW，備用模式下功耗為0.4mff ；(5)通過光電隔離模塊的使用及模擬、數(shù)字部分單獨供電來實現(xiàn)整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的模擬部分和數(shù)字部分的完全隔離，使得模擬信號的傳輸不會受到數(shù)字電路中噪聲的干擾，從而增加了系統(tǒng)的抗噪聲能力。


圖1為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為模擬信號調(diào)制模塊的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為精密電源模塊的結(jié)構(gòu)框圖；圖4為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件控制流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作詳細(xì)說明?！N用于光刻機檢焦系統(tǒng)的高精度多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括輸入接口模塊1，模擬信號調(diào)理電路模塊2，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3，參考電壓模塊4，精密電源模塊5，光電隔離模塊6，單片機控制模塊7，串并轉(zhuǎn)換模塊8，數(shù)據(jù)存儲模塊9，輸出接口模塊10。被采集的信號經(jīng)過輸入接口模塊I后進(jìn)入模擬信號調(diào)理模塊2的輸入端。模擬信號調(diào)理模塊如圖2所示，信號放大電路2-1將輸入模擬信號放大到ADC輸入信號范圍內(nèi)，通過單端轉(zhuǎn)差分電路2-2將放大后的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，低通濾波電路2-3對差分信號進(jìn)一步處理，再通過50Hz陷波器2-4濾除工頻干擾后與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3相連。所有的ADC都需要基準(zhǔn)，參考電源的穩(wěn)定度制約著AD轉(zhuǎn)換的精度。參考電壓模塊4選用初始誤差小，溫度系數(shù)低，調(diào)整率低的參考源芯片為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3的ADC提供參考電源，將參考源帶來的誤差控制到最小；由于ADS1256采樣精度非常高，因此應(yīng)用于各種電路時,要求電源電路的噪聲必須非常小。精密電源模塊5如圖3所示，供電電源經(jīng)過兩級穩(wěn)壓電路3-1，3-2后通過低壓差線性穩(wěn)壓電路3-3輸出穩(wěn)定的5V直流電壓給模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3供電；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊3在單片機控制模塊7的控制下，將由模擬信號調(diào)理模塊2輸入的多路差分模擬信號轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號，經(jīng)過光電隔離模塊6進(jìn)入單片機控制模塊7。20位以上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器所具有的SPI接口使其比普通并行接口的ADC要復(fù)雜得多。采集系統(tǒng)設(shè)計了如下所述的串并轉(zhuǎn)換策略，第一階段以單片機控制模塊7對ADS1256進(jìn)行SPI接口控制，包括發(fā)命令，讀狀態(tài)，取數(shù)據(jù)等操作，并將每一路串行結(jié)果通過串并轉(zhuǎn)換模塊8轉(zhuǎn)化成并行數(shù)據(jù)，完成AD輸出的串并格式轉(zhuǎn)換，再將該并行數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)存儲模塊9暫存，最后進(jìn)入輸出接口模塊10。結(jié)合圖4，整個采集系統(tǒng)軟件實現(xiàn)方法如下:I)系統(tǒng)上電復(fù)位后，初始化單片機內(nèi)部配置；2)單片機通過光電隔離模塊讀取ADC數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號/DRDY，若/DRDY為低，初始化ADC，否則返回；3)單片機初始化ADC后通過光電隔離模塊寫自校正命令字SELF0CAL和SELFGCAL到ADC，校正ADC內(nèi)部失調(diào)電壓和增益誤差；4)單片機通過光電隔離模塊 讀取ADC數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號/DRDY，若/DRDY為低，待ADC接收到外同步信號后，單片機允許/INT中斷；5)單片機響應(yīng)/INT中斷進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，CH++ (CH充當(dāng)一個初值為0的計數(shù)器，用來指示轉(zhuǎn)換到哪一個通道繼續(xù)采集);6)判斷CH_4=0 若條件成立，單片機通過光電隔離模塊發(fā)送寫寄存器命令WREG到ADC，將ADC采集通道改為第CH通道；否則，先將CH清零，再用WREG命令把采集通道改為第CH通道(系統(tǒng)是4通道循環(huán)，故CH的循環(huán)計數(shù)周期是4);此時ADC當(dāng)前的采集通道變?yōu)橄乱粋€采集通道，ADC開始新的采集轉(zhuǎn)換；7)單片機進(jìn)行四個時鐘周期延遲后光電隔離模塊發(fā)送讀數(shù)據(jù)命令字RDATA到ADC,讀取ADC轉(zhuǎn)換寄存器中的數(shù)據(jù)暫存于單片機中，這時的數(shù)據(jù)其實是上一輪轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，這種方式實現(xiàn)了一邊提取數(shù)據(jù)的同時ADC —邊進(jìn)行新的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換。8)單片機向串并轉(zhuǎn)換模塊的移位寄存器清零端/MR發(fā)送低電平初始化串并轉(zhuǎn)換模塊的移位寄存器；9)串并轉(zhuǎn)換模塊的移位寄存器時鐘輸入端SH-CP接收單片機發(fā)送的時鐘信號，在SH-CP的上升沿移位寄存器中的數(shù)據(jù)移位，在SH-CP的下降沿移位寄存器中的數(shù)據(jù)不變；10)單片機向串并轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)存儲器時鐘輸入端ST_CP發(fā)送時鐘信號，串并轉(zhuǎn)換模塊在ST_CP的上升沿移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)存儲器，在ST_CP的下降沿數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)不變；11)單片機讀取數(shù)據(jù)存儲模塊的滿標(biāo)志/FF，若/FF為高，則數(shù)據(jù)存儲模塊在接收到單片機發(fā)送的寫入控制端信號/W為低時寫入串并轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)據(jù)；12)單片機讀取數(shù)據(jù)存儲模塊的空標(biāo)志/FF，若/EF為高，則數(shù)據(jù)存儲模塊在接收到單片機發(fā)送的讀出控制端信號/R為低時將數(shù)據(jù)輸出給輸出接口模塊。雖然已公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會意識到，在不背棄權(quán)利要求書中公開的本發(fā)明的范圍的情況下，任何各種修改、添加和替換均屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于光刻機檢焦系統(tǒng)的高精度多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于包括:輸入接口模塊、模擬信號調(diào)理電路模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、參考電壓模塊、精密電源模塊、光電隔離模塊、單片機控制模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和輸出接口模塊；輸入接口模塊的輸出端與模擬信號調(diào)理電路的輸入端相連，模擬信號調(diào)理模塊，參考電壓模塊和精密電源模塊的輸出端均與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連光電隔離模塊，光電隔離模塊的輸出端與單片機控制模塊相連，單片機控制模塊與串并轉(zhuǎn)換模塊相連，串并轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連數(shù)據(jù)存儲模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊的輸出端與數(shù)據(jù)輸出接口模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光刻機檢焦系統(tǒng)的高精度多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述的模擬信號調(diào)理模塊包括依次串聯(lián)的信號放大電路、單端轉(zhuǎn)差分電路、低通濾波電路和工頻干擾濾波電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光刻機檢焦系統(tǒng)的高精度多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述精密電源模塊包括兩級三端穩(wěn)壓電路、低壓差線性穩(wěn)壓電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光刻機檢焦系統(tǒng)的高精度多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊選用TI公司的E — A型模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1256，它具有高達(dá)23bits無噪聲精度，低功耗，正常模式下功耗為38mW，備用模式下功耗為0.4mff,可配置為8路單級輸入或者4路差動輸入。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光刻機檢焦系統(tǒng)的高精度多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述的單片機控制模塊選用AT89S51作為整個系統(tǒng)的核心控制芯片，通過光電隔離模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊通信，通過向模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送命令字和讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的狀態(tài)控制信號采集的開始停止，選擇采集通道，同時將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)暫存在單片機中，AT89S51讀取串并轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊的狀態(tài)信息，并向串并轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊發(fā)送命令字控制串并轉(zhuǎn)換模塊讀取暫存在單片機中的串行數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，繼而輸入到數(shù)據(jù)存儲模塊進(jìn)行存儲， 從而實現(xiàn)對采集得到的串行數(shù)據(jù)的串并轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于光刻機檢焦系統(tǒng)的高精度多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括輸入接口模塊，模擬信號調(diào)理電路模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，參考電壓模塊，精密電源模塊，光電隔離模塊，單片機控制模塊，串并轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊，輸出接口模塊。輸入接口模塊的輸出端與模擬信號調(diào)理電路的輸入端相連，模擬信號調(diào)理模塊，參考電壓模塊和精密電源模塊的輸出端均與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連光電隔離模塊，光電隔離模塊的輸出端與單片機控制模塊相連，單片機控制模塊與串并轉(zhuǎn)換模塊相連，串并轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連數(shù)據(jù)存儲模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊的輸出端與數(shù)據(jù)輸出接口模塊相連。本發(fā)明采集精度高，適用于要求較高的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
文檔編號G03F7/20GK103226293SQ20131009770
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者鐘玲娜, 唐小萍, 嚴(yán)偉, 胡松, 李蘭蘭 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所