[发明专利]一种用于光刻机检焦系统的高精度多通道数据采集系统

说明书

技术领域

本发明属于数据采集领域，尤其涉及一种用于光刻机检焦系统的高精度多通道数据采集系统。

背景技术

在过去的三十多年里，以集成电路为核心的微电子技术迅速发展，高密度、高速度和超高频器件不断出现。根据摩尔定律，单位面积硅片上的晶体管集成度以每三年增长两倍的速度增长。集成电路的集成度越做越高，完全得益于微细加工技术的不断进步，特别是光刻技术的不断进步。在微电子技术发展过程中，由于光学投影光刻技术具有成熟的光刻工艺和巨大的产业背景，它一直是大规模生产中最关键的工艺技术。

在早期的光刻机中，曝光波长长，数值孔径小，曝光面积小，由焦深公式DOF＝k₂λ/(NA²)可知，早期光刻机的焦深比较长。随着工艺和技术的进步，由于曝光波长缩短，数值孔径大，曝光面积增大，导致焦深逐渐缩短。有效焦深的缩短对检焦提出了更高的要求，对于检焦信号的后续处理的精度要求也相应提高。

如果实际焦深达不到光刻工艺所要求的焦深容限，将严重影响曝光线条质量和集成电路的产率。焦深已经成为阻碍光学投影光刻技术向更高分辨率挺进的关键因素，调平调焦（充分利用焦深）对投影光刻来说十分重要。而精确检测焦面得到的数据则是调平调焦的重要依据，意义重大。由于精检焦输出的检焦信号是模拟信号，需要一个合适的数据采集系统将其转换为处理起来灵活方便且稳定性好的数字信号，数据采集已成为检焦系统的数据处理中一个十分重要的组成部分，它的精度在一定程度上影响着检焦精度，因此掌握一款高精度数据采集系统的设计方法是十分现实和迫切的，为更好的进行后续处理提供了良好的基础。而市面上针对光刻机检焦系统，尤其是能同时完成模拟信号调理，模数转换，能够以较高的精度（14bits以上）进行多通道数据采集并存储数据的数据采集产品是一片空白。

发明内容

本发明需要解决的技术问题在于：克服现有技术的不足，提供一种用于光刻机检焦系统的高精度多通道数据采集系统，以实现对双光栅检焦系统精检焦信号（模拟信号）的高精度采集转换。

本发明的技术方案为：

一种用于光刻机检焦系统的高精度多通道数据采集系统，其特征在于包括输入接口模块，模拟信号调理电路模块，模数转换模块，参考电压模块，精密电源模块，光电隔离模块，单片机控制模块，串并转换模块，数据存储模块，输出接口模块。输入接口模块的输出端与模拟信号调理电路的输入端相连，模拟信号调理模块，参考电压模块和精密电源模块的输出端均与模数转换模块相连，模数转换器的输出端连光电隔离模块，光电隔离模块的输出端与单片机控制模块相连，单片机控制模块与串并转换模块相连，串并转换模块的输出端连数据存储模块，数据存储模块的输出端与数据输出接口模块相连。

作为对本发明的改进，所述的模拟信号调理模块包括信号放大电路，单端转差分电路，低通滤波电路，工频干扰滤波电路。模拟信号调理模块完成对输入模拟信号的放大，并将单端信号转换为差分信号，以减小共模干扰，经低通滤波后再进一步滤除50Hz工频干扰。

作为对本发明的改进，所述精密电源模块包括两级三端稳压电路，低压差线性稳压电路。对供电电源进行充分稳压后为模数转换模块提供高稳定的电源。

作为对本发明的改进，所述的模数转换模块选用TI公司的∑－Δ型模数转换器ADS1256，它具有高达23bits无噪声精度，低功耗，正常模式下功耗为38mW，备用模式下功耗为0.4mW，可配置为8路单级输入或者4路差动输入。

作为对本发明的改进，在模数转换器和单片机之间采用光电隔离器用于将整个系统的模拟信号和数字信号隔离，减小数字电平的跳变对于模拟电路的影响。

作为对本发明的改进，所述的单片机控制模块选用AT89S51作为整个系统的核心控制芯片，控制信号采集的开始停止，选择采集通道，并将每一路串行结果通过74HC595转化成并行数据，完成AD输出的串并格式转换，再将该并行数据用先进先出数据存储器IDT7203暂存。

单片机控制模块具体控制流程包括以下步骤：

1）系统上电复位后，初始化单片机内部配置；

2）单片机通过光电隔离模块读取ADC数据准备好信号/DRDY，若/DRDY为低，初始化ADC，否则返回；

3）单片机初始化ADC后通过光电隔离模块写自校正命令字SELFOCAL和SELFGCAL到ADC，校正ADC内部失调电压和增益误差；

4）单片机通过光电隔离模块读取ADC数据准备好信号/DRDY，若/DRDY为低，待ADC接收到外同步信号后，单片机允许/INT中断；