一种光刻机同步控制系统及方法与流程

本发明涉及一种光刻机同步控制系统及方法，属于半导体制造领域。

背景技术：

光刻机是半导体制造技术的核心设备，随着半导体集成电路技术的快速发展，对光刻机的系统设计提出了更高的要求。一方面，硅片的集成度不断提高，对于线宽的要求越来越高，需要光刻机的测量和控制系统更加精准和复杂化，需要对外部分系统进行更多的扩展。另一方面，随着曝光硅片尺寸的不断增大，特别是平板显示领域，所使用的基板尺寸越来越大，对于光刻机工件台和掩模台系统的控制和测量要求越来越高，如需要支持更高配置的激光干涉仪测量系统。

同步控制系统是整个光刻机特别是步进扫描投影式光刻机的时序控制中枢，控制着光刻机所有相关分系统在扫描曝光时的时序，其功能是要在正确的时间通知各个参与扫描的分系统，开始执行相应的操作。随着光刻机系统的复杂程度不断提高，需要更高要求的同步控制系统来满足光刻机的发展。

现有技术提出了一种基于vme总线的步进扫描光刻机的同步控制系统及该系统的同步控制方法。该同步控制系统的核心部件同步控制组件通过vme64自定义协议总线与激光计数组件和运动控制组件连接；通过光纤与对准控制器、调平调焦控制器、狭缝控制器、照明控制器、剂量控制器和高阶像控制器连接，对激光计数组件测得的数据进行传输；通过rs422串行通讯端口与对准控制器、调平调焦控制器、狭缝控制器、照明控制器、剂量控制器和高阶像控制器连接，使各个分系统保持同步控制。所述同步控制组件包括a、b两块板卡，其中，a板卡上的dsp同步控制算法模块完成所有同步相关数据的处理和运算，计算工 件台掩摸台的位置信息，通过vme总线实现同步控制。b板卡上设置有6个rs422串行通讯端口以及4个光纤通讯接口，实现外部协调信号接口扩展。

采用这种技术，存在以下缺陷：1.随着光刻机系统的复杂化，要求光刻机的激光干涉仪测量系统具有大量的测量轴，如果仅通过单个dsp同步控制算法模块无法保证在200us或者更短的同步控制周期内，实现对所有测量轴测量数据的运算和对分系统的同步控制。2.通过b板卡上的扩展接口，无法进一步扩展，使得整个同步控制系统的通用性和扩展性受到限制。3.所述技术的各个组件处于一个vme总线系统中，可以实现内部分系统的同步控制，但是对于各个外部分系统如对准分系统、照明分系统等如何实现同步控制，并没有提供具体的实施方法。

现有技术还提出了一种步进扫描投影光刻机同步控制系统，提供了一种同步总线控制器及同步控制系统，实现了步进扫描投影式光刻机曝光扫描的同步信号控制。该同步控制系统以同步总线传输作为时间基准，通过同步总线数据传输的最小时间单元，严格控制各个信号的时间点，从而实现各个分系统之间信号的实时和同步。所述同步总线控制器通过同步总线的同步状态广播信号，实现与同步总线控制器在同一个vme机箱内的控制板卡(激光计数卡及工件台掩模台运动控制卡等)的同步控制，即内部分系统同步；通过单线同步信号以及同步触发信号，实现与同步总线控制器不在同一个vme机箱内的外部控制板卡的同步控制，即外部分系统同步。

采用这种技术，存在以下缺陷：1.内部分系统包括干涉仪测量系统和工件台掩模台的运动控制系统集成在同一个vme机箱中，受到标准vme总线机箱尺寸的限制，vme机箱内的槽位数量有限，对干涉仪测量系统测量轴和工件台掩模台控制卡的数量都进行了限制，不利于光刻机运动控制系统的扩展。2.通过单线同步和同步触发两种不同形式的信号实现不在同一个vme机箱内的外部控制板卡的外部分系统同步控制，对于更多的不同外部分系统，需要同步总线控制器提供不同的多种外同步信号接口，否则无法满足复杂的外部分系统的外同 步接口需求，外部同步控制信号方式不一致，同样不利于光刻机复杂外部分系统的扩展。

因此，现有技术在一个vme机箱中集成干涉仪测量系统和工件台掩模台运动控制系统，存在光刻机各个分系统扩展性受到vme标准规范限制的缺点，同时，其同步总线控制器与外部分系统的同步通道方式不统一，存在光刻机外部分系统扩展性收到限制的缺陷。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种使干涉仪分系统测量轴和外部分系统具有更好扩展性的光刻机同步控制系统及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种光刻机同步控制系统，包括干涉仪分系统和外部分系统，所述干涉仪分系统包括通过同步总线连接的同步控制卡、多通道光纤卡及干涉仪计数卡，所述同步控制卡通过外同步通道与所述外部分系统连接，所述多通道光纤卡通过光纤通道与所述外部分系统连接。

优选的，所述外部分系统包括工件台掩模台分系统、对准分系统和照明分系统；所述同步控制卡通过外同步通道分别与工件台掩模台分系统、对准分系统和照明分系统连接；所述多通道光纤卡通过光纤通道分别与工件台掩模台分系统、对准分系统和照明分系统连接。

优选的，所述外部分系统通过内同步通道实现所述外部分系统的内部同步控制。

优选的，所述同步总线采用具有数据同步广播功能的数据总线。

优选的，所述同步总线采用自定义同步总线。

优选的，所述同步总线采用vme总线，所述同步控制卡、多通道光纤卡和干涉仪计数卡设置在vme机箱中。

优选的，所述外同步通道采用具有同步状态传输功能的数据总线。

优选的，所述外同步通道采用外部同步总线。

优选的，所述外同步通道采用自定义同步总线。

优选的，所述干涉仪分系统还包括干涉仪分系统cpu卡，所述干涉仪分系统cpu卡通过控制总线与所述同步控制卡、多通道光纤卡及干涉仪计数卡连接。

优选的，所述控制总线采用标准总线。

优选的，所述控制总线采用pci、vme、compactpci、vxi、pxi、pcie、srio或以太网标准总线。

优选的，所述同步控制卡包括：时钟晶振，提供系统时钟信号；伺服定时器，用于对系统时钟信号进行计数，发出伺服周期触发信号；同步总线接口控制模块，接收所述伺服周期触发信号，启动同步总线传输协议；外同步通道控制模块，接收所述伺服周期触发信号，启动外同步通道传输协议。

一种光刻机同步控制方法，包括：

干涉仪分系统的同步控制卡通过同步总线连接多通道光纤卡和干涉仪计数卡，对干涉仪分系统进行内同步控制，干涉仪计数卡对多通道光纤卡进行数据同步传输；

所述同步控制卡通过外同步通道与外部分系统连接，对外部分系统进行外同步控制，所述多通道光纤卡通过光纤通道与外部分系统连接，进行数据同步传输。

优选的，干涉仪分系统cpu卡通过干涉仪分系统的控制总线，对干涉仪分系统初始化，设置同步控制使能位，启动所述同步控制卡的伺服同步控制，启动伺服周期。

优选的，所述同步控制卡通过所述同步总线，对所述多通道光纤卡和干涉仪计数卡广播伺服周期的同步状态，同时向所述外同步通道输出外同步开始信号，所述外部分系统的同步接收模块接收所述外同步开始信号。

优选的，所述外部分系统通过内同步通道实现所述外部分系统的内部同步控制，并通过运动控制卡进行所述外部分系统的运动控制。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案，通过在干涉仪分系统中设置同步控制卡，同步控制卡通过同步总线连接多通道光纤卡和干涉仪计数卡，对干涉仪分系统进行内同步控制，干涉仪计数卡对多通道光纤卡进行数据同步传输，所述同步控制卡通过外同步通道与外部分系统连接，对外部分系统进行外同步控制，所述多通道光纤卡通过光纤通道与外部分系统连接，进行数据同步传输。通过将干涉仪分系统和工件台掩模台分系统的硬件解耦，使干涉仪分系统的同步控制卡可以连接更多的测量轴和外部分系统，增加了干涉仪分系统以及工件台掩模台分系统的扩展性。通过提供格式和接口标准统一的外同步通道，实现外部分系统的扩展，提高了同步控制系统的通用性。

附图说明

图1是本发明一实施例中所述光刻机同步控制系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例中所述同步总线的连接示意图；

图3是本发明一实施例中所述同步总线传输协议的示意图；

图4是本发明一实施例中所述外同步通道的连接示意图；

图5是本发明一实施例中所述外同步通道传输协议的示意图；

图6是本发明一实施例中所述同步控制卡的结构示意图；

图7是本发明一实施例中所述工件台掩模台分系统的结构示意图；

图8是本发明一实施例中所述工件台掩模台分系统的同步控制示意图。

图中所示：100、干涉仪分系统；101、控制总线；102、同步总线；103、干涉仪分系统cpu卡；104、同步控制卡；105、多通道光纤卡；106、干涉仪计数卡；110、外同步通道；112、工件台掩模台分系统外同步通道；113、对准分系统外同步通道；114、照明分系统外同步通道；120、光纤通道；122、工件台掩模台分系统光纤通道；123、对准分系统光纤通道；124、照明分系统光纤通道；141、时钟晶振；142、伺服定时器；143、同步总线接口控制模块；144、外同步通道控制模块；200、工件台掩模台分系统；201、工件台掩模台分系统 控制总线；202、工件台掩模台分系统内同步总线；300、对准分系统；400、照明分系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

参照图1，本发明的光刻机同步控制系统，包括干涉仪分系统100和外部分系统，所述干涉仪分系统100包括通过同步总线102连接的同步控制卡104、多通道光纤卡105及干涉仪计数卡106，所述同步控制卡104通过外同步通道110与所述外部分系统连接，所述多通道光纤卡105通过光纤通道120与所述外部分系统连接。

所述外部分系统包括工件台掩模台分系统200、对准分系统300和照明分系统400；所述同步控制卡104通过外同步通道分别与工件台掩模台分系统200、对准分系统300和照明分系统400连接；所述多通道光纤卡105通过光纤通道分别与工件台掩模台分系统200、对准分系统300和照明分系统400连接。

相应的，本发明的光刻机同步控制方法，包括：

干涉仪分系统100的同步控制卡104通过同步总线102连接多通道光纤卡105和干涉仪计数卡106，对干涉仪分系统100进行内同步控制，干涉仪计数卡106对多通道光纤卡105进行数据同步传输；

所述同步控制卡104通过外同步通道110与外部分系统连接，对外部分系统进行外同步控制，所述多通道光纤卡105通过光纤通道120与外部分系统连接，进行数据同步传输。

本发明提出的技术方案通过将干涉仪分系统100和工件台掩模台分系统200的硬件解耦，使干涉仪分系统100的同步控制卡104可以连接更多的测量轴和外部分系统，增加了干涉仪分系统100以及工件台掩模台分系统200的扩展性。通过提供格式和接口标准统一的外同步通道110，实现外部分系统的扩展，提高了同步控制系统的通用性。

优选的，所述同步总线102采用具有数据同步广播功能的数据总线。

优选的，所述同步总线102采用自定义同步总线。

优选的，所述同步总线102采用vme总线，所述同步控制卡104、多通道光纤卡105和干涉仪计数卡106设置在vme机箱中。

优选的，所述外同步通道110采用具有同步状态传输功能的数据总线。

优选的，所述外同步通道110采用外部同步总线。

优选的，所述外同步通道110采用自定义同步总线。

如图1所示，作为一种实施例，本光刻机同步控制系统包括干涉仪分系统100和外部分系统，所述干涉仪分系统100包括通过同步总线102连接的同步控制卡104、多通道光纤卡105及干涉仪计数卡106，还包括干涉仪分系统cpu卡103，所述干涉仪分系统cpu卡103通过控制总线101与所述同步控制卡104、多通道光纤卡105及干涉仪计数卡106连接。所述同步控制卡104通过外同步通道110与外部的工件台掩模台分系统200、对准分系统300和照明分系统400连接，所述多通道光纤卡105通过光纤通道120与外部的工件台掩模台分系统200、对准分系统300和照明分系统400连接。其中，外同步通道110包括工件台掩模台分系统外同步通道112、对准分系统外同步通道113和照明分系统外同步通道114；光纤通道120包括工件台掩模台分系统光纤通道122、对准分系统光纤通道123和照明分系统光纤通道124。上述外部分系统通过内同步通道实现各自系统的内部同步控制。

优选的，所述控制总线101采用pci、vme、compactpci、vxi、pxi、pcie、srio或以太网等通用标准总线。

其中，所述干涉仪分系统cpu卡103通过控制总线101，主动访问干涉仪分系统100内所有板卡的寄存器，实现对这些板卡的控制，包括系统初始化、同步扫描参数的下发、同步扫描控制软件的执行、同步系统执行状态的中断处理等控制功能。

其中，所述干涉仪计数卡106，对工件台掩模台进行位置测量，获得反映工件台掩模台实际位置的干涉仪测量条纹数，并在同步控制卡104的控制下，通 过干涉仪分系统100内的同步总线102，将所述干涉仪测量条纹数同步广播到多通道光纤卡105。

其中，所述多通道光纤卡105，在同步控制卡104的控制下，通过干涉仪分系统100的同步总线102，接收来自干涉仪计数卡106的干涉仪测量条纹数，通过光纤通道120将条纹数分别发送至工件台掩模台分系统200、对准分系统300和照明分系统400。

其中，参照图6所示，所述同步控制卡104包括：时钟晶振141，提供系统时钟信号；伺服定时器142，与时钟晶振141连接，用于对系统时钟信号进行计数，发出伺服周期触发信号；同步总线接口控制模块143，接收所述伺服周期触发信号，启动同步总线传输协议；外同步通道控制模块144，接收所述伺服周期触发信号，启动外同步通道传输协议。

上述同步控制卡104通过同步总线102，实现干涉仪计数卡106的同步采样控制、干涉仪测量条纹数的内同步广播、多通道光纤卡105的同步触发等干涉仪分系统100的内同步功能；所述同步控制卡104通过外同步通道110，实现与工件台掩模台分系统200、对准分系统300和照明分系统400的伺服同步控制。所述同步控制卡104是光刻机系统同步控制过程的核心，为所有需要同步的分系统提供统一的时间基准。

参照图2-3所示，所述同步总线102的同步控制原理如下。

所述同步总线102为具有数据同步广播功能的自定义数据传输总线。图2为该同步总线102的连接示意图，同步总线102中包含三类信号：10位地址信号addr、32位数据信号data和1位控制信号advn。其中，所述地址信号addr和控制信号advn由同步控制卡104输出，所有多通道光纤卡105和干涉仪计数卡106接收这两类信号；数据信号data由地址信号addr所寻址的干涉仪计数卡106输出，所有多通道光纤卡105接收该数据信号data中的干涉仪测量条纹数。

图3所示为所述同步总线102的传输协议的实现方式，同步控制卡104以固定的伺服周期tservo，连续输出具有固定时序的地址信号addr和控制信号advn，其时序周期为tcycle，tservo＝n·tcycle。一个伺服周期tservo包含两类地址信号addr，其中，伺服周期tservo开始的第一个地址为同步状态广播地址addr_sync，余下的地址为干涉仪测量条纹数广播地址addr_1～addr_n-1。

在同步状态广播地址addr_sync周期内，同步控制卡104在控制信号advn的下降沿，将本次伺服周期的同步状态码sync_state输出至数据信号data；所有的多通道光纤卡105和干涉仪计数卡106，在控制信号advn的上升沿，从数据信号data接收该同步状态码sync_state，实现干涉仪分系统100内所有板卡的伺服同步。

在干涉仪测量条纹数广播地址addr_1～addr_n-1周期内，干涉仪计数卡106在控制信号advn的下降沿，将与addr_1～addr_n-1对应的干涉仪测量轴测量的条纹数data_1～data_n-1输出至数据信号data；所有的多通道光纤卡105，在控制信号advn的上升沿，将数据信号data上的干涉仪测量条纹数保存至其存储空间内，实现干涉仪测量条纹数的同步广播。

参照图4-5所示，所述外同步通道110的同步控制原理如下。

所述外同步通道110为具有同步状态传输功能的自定义外部同步总线。图4为该外同步通道110的连接示意图，每个外同步通道110包含两个信号：由同步控制卡104驱动的同步输出信号syncout和由外部分系统驱动的同步输入信号syncin。所述外同步通道110在同步控制卡104的控制下，以固定的伺服周期tservo，通过syncout信号向各外部分系统传递当前伺服周期的同步状态，通过syncin信号获取各外部分系统的同步扫描执行状态信息。

所有外部分系统采用的外同步通道110，具有相同的电气接口以及同步状态传输协议，便于外部分系统的扩展及同步控制系统平台化的建立。具体的，所述外同步通道110的syncout信号和syncin信号，使用符合rs422标准的平衡 差分电压数字接口电路，实现系统同步状态的高速、可靠传输，即通过syncout+、syncout-、syncin+和syncin-四个信号线实现输入输出的平衡差分电压接口。

图5所示为所述外同步通道110同步状态传输协议的实现方式，每个外同步通道110包含两个信号，同步输出信号syncout和同步输入信号syncin。其中，同步控制卡104以固定的伺服周期tservo，启动外同步通道传输协议，通过syncout信号先后输出1位开始位start、4位伺服同步状态码sync_state(包括sync_state[0]、sync_state[1]、sync_state[2]和sync_state[3])、1位校验码s_parity到各外部分系统；同时通过syncin信号，接收各外部分系统的同步扫描执行状态信息，包括4位应答信号ack(包括ack[0]、ack[1]、ack[2]和ack[3])及其校验码a_parity。

参照图7-8所示，以工件台掩模台分系统200为例，说明本发明的光刻机同步控制系统，对光刻机各个分系统的伺服同步控制过程。

干涉仪分系统100的内同步控制过程如下：

第1步：干涉仪分系统cpu卡103通过干涉仪分系统100的控制总线101，完成对干涉仪分系统100的初始化，设置同步控制使能位，启动同步控制卡104的伺服同步控制功能，开启第一个伺服周期tservo；

第2步：在伺服周期tservo的开始时刻，同步控制卡104通过同步总线102，向干涉仪分系统100内部广播该伺服周期tservo的同步状态；同时，向工件台掩模台分系统外同步通道112输出外同步开始信号；

第3步：同步控制卡104通过同步总线102，完成所有工件台掩模台各干涉仪测量条纹数的同步广播；

第4步：多通道光纤卡105通过同步总线102接收所有的干涉仪测量条纹数，并将数据存放在光纤接口的存储空间中；

第5步：多通道光纤卡105将存放于光纤接口存储空间中的干涉仪测量条纹数，通过工件台掩模台分系统光纤通道122发送到工件台掩模台分系统200；

第6步：同步控制卡104循环读取伺服定时器，判断当前伺服周期tservo是否结束：若否，继续读取伺服定时器至当前伺服周期tservo结束；

第7步：同步控制卡104读取干涉仪分系统cpu卡103下发的同步控制使能位，判断是否终止伺服同步控制：若否，启动新的伺服周期tservo，重复上述第2步；若是，结束系统同步控制功能。

同时，工件台掩模台分系统200的同步控制过程如下：

第1步：工件台掩模台分系统cpu卡通过工件台掩模台分系统控制总线201，完成对工件台掩模台分系统200的初始化，设置运动控制参数；

第2步：工件台掩模台分系统200的同步接收模块等待工件台掩模台分系统外同步通道112的开始信号，等待伺服周期tservo的开始；

第3步：同步接收模块从工件台掩模台分系统外同步通道112接收当前伺服周期tservo的同步状态，并同时输出应答信号；

第4步：同步接收模块通过工件台掩模台分系统光纤通道122接收来自干涉仪分系统100的干涉仪测量条纹数；

第5步：同步接收模块通过工件台掩模台分系统内同步总线202，将接收到的来自干涉仪分系统100的同步状态和干涉仪测量条纹数广播发送到所有的工件台掩模台运动控制卡，并对各运动控制卡产生同步的伺服中断触发信号，使所有运动控制卡同步进入伺服中断服务程序；

第6步：运动控制卡进入伺服中断服务程序后，进行内外部同步状态比较、工件台掩模台实际位置计算、输出位置控制参数等操作；

第7步：运动控制卡判断是否结束工件台掩模台的伺服控制：若否，重复上述第2步；若是，结束整个工件台掩模台的伺服运动控制。