[发明专利]一种用于近场光刻机间隙检测的ZYNQ处理系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于近场光刻机间隙检测的ZYNQ处理系统及方法，包括交互设备(1)、光谱分析仪(2)和ZYNQ信号处理系统(3)。交互设备用于初始化配置与对光谱数据、检测状态与检测结果的显示；光谱分析仪用于对采集的白光干涉光谱信号的光谱测量，将传入的光信号转换为可采集的电信号；ZYNQ信号处理系统可划分为主控制器和各功能模块，其中功能模块包括A/D数据采集模块(31)、PL端处理模块(32)、ARM端处理系统模块(33)和通信控制模块(34)。该系统中PL端处理模块(32)通过Verilog HDL语言设计为IP核的形式，可便捷地实现在FPGA上的移植，仅需通过IP核的设置就可实现对实例化进行修改，并在实例化后充分利用FPGA的并行性提高检测速度，实现了间隙检测系统的小型化。

技术领域

本发明涉及光电测量技术领域，特别涉及到近场光刻机中的间隙检测，可用来实现对被测间隙的测量，也可以通过多次间隙测量实现对平面微位移的检测，其直接设计目的是用于实现在表面等离子体光刻机中掩模板与基片间间隙的测量。

背景技术

在半导体芯片制造过程中，光刻机掩模与基片的定位精度直接影响芯片加工的线宽。因而在光刻机中需要设计高精度的测量系统，以保证掩模与基片的定位精度与检测精度。本发明针对的近场光刻机主要包括纳米压印光刻机和表面等离子体光刻机，由于其精度直接与掩模与基片间的定位精度相关，因而在近场光刻机中的间隙检测显得更加重要。其中表面等离子体光刻(SP光刻)是一种可以突破衍射极限分辨力的纳米图形加工方法。作为一种低成本的超衍射极限光刻方法，SP光刻中不需要复杂的投影物镜。但是受限于SP光刻中掩模与基片间超低工作距的限制，相比投影光刻其对掩模与基片的调焦调平能力提出了更加严苛的要求，传统投影光刻的检焦方法难以满足SP光刻中的调焦调平需求。

目前针对纳米级间隙测量的方法主要有扫描隧道显微镜、透射电子显微镜、电容电感传感器等非光学测量方法和激光干涉仪、F-P干涉仪和光栅干涉仪等光学测量方法。但以上各测量法在SP光刻设备中存在各种制约：一是在附加设备方面，以上各测量方案均需要在光刻设备中添加各种附加装置，使得这些方案无法实现小型化的要求；二是在成本方面，以上各方案中所需附加装置的价格过于昂贵，在低成本的表面等离子体光刻中显得难以接受。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提出了一种用于近场光刻机间隙检测的ZYNQ处理系统及方法。本发明采用白光干涉测量技术，对表面等离子体光刻机中掩模板-基片结构射入白光光束，通过此检测系统采集掩模板-基片结构输出的光束，对其解调以获取掩模板与基片间的间隙。本发明采用基于ZYNQ的实现方案，在保证间隙检测性能的前提下，实现了间隙检测系统的小型化、高集成性和实时性。同时本发明将系统中各主要模块分别设计为IP核的形式，各IP核互联实现系统功能，这样的设计缩短了研发周期并可减少后期研发成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种用于近场光刻机间隙检测的ZYNQ处理系统，包括交互设备1、光谱分析仪2和ZYNQ信号处理系统3。光谱分析仪2对采集的白光干涉光谱信号做光谱测量，并向ZYNQ信号处理系统3发送光谱数据；ZYNQ信号处理系统3对光谱数据采集后进行数据处理与间隙解调，并将检测结果传输到交互设备1，实现对检测结果的实时观察。其中：

ZYNQ信号处理系统3划分为主控制器和各功能模块；

所述主控制器采用的是Xilinx的ZYNQ-7000系列FPGA芯片，该芯片包含ARM处理器片上系统(PS端)与可编程逻辑(PL端)，可在单芯片上实现传统双核心硬件架构的功能，该PL端处理模块32基于可编程逻辑资源实现，该ARM端处理系统模块33基于ARM处理器片上系统实现；

所述功能模块包括：

A/D数据采集模块31，用于对光谱分析仪输出的光谱信号进行采集，并发送给PL端处理模块32；