一種調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)裝置，用于放大倍率為1的光刻系統(tǒng)的調(diào)焦調(diào)平，包括光源系統(tǒng)，掩模板，掩模臺(tái)，投影物鏡，硅片，工件臺(tái)等，其特征在于，還包括一氣動(dòng)差分測(cè)量傳感器，所述氣動(dòng)差分測(cè)量傳感器包括兩組測(cè)量頭，一組測(cè)量頭測(cè)量掩模面位置，另一組測(cè)量頭測(cè)量硅片面的位置，一氣電轉(zhuǎn)換器通過感測(cè)兩組測(cè)量頭測(cè)得的間距的不同而引起的氣壓值變化，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理后輸送給整機(jī)控制系統(tǒng)，從而控制工件臺(tái)的調(diào)整。
【專利說明】—種調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種集成電路裝備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種用于光刻設(shè)備的調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，硅片復(fù)雜程度及成本價(jià)格不斷提高，光刻工藝技術(shù)要求也不斷的提高，所以在調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)的精度要求和曝光質(zhì)量要求也大幅度提高。特別是在后道光刻工藝光刻機(jī)中，由于采用的是物距和像距比率為I的曝光鏡頭，根據(jù)光學(xué)原理可知放大倍率為I時(shí)，曝光鏡頭的物距和像距一定會(huì)存在等量變化關(guān)系(其中物距對(duì)應(yīng)的就是掩模面的位置，像距對(duì)應(yīng)焦平面的位置)。如圖1所示，當(dāng)掩模面302的下表面發(fā)生一個(gè)δ位移量時(shí)，焦平面309對(duì)應(yīng)也產(chǎn)生δ位移量，而傳感器的零位不會(huì)跟隨移動(dòng)，此時(shí)經(jīng)過調(diào)焦調(diào)平傳感器測(cè)量后使得硅片308到達(dá)的曝光位置仍然為離焦前的位置，所以測(cè)量后硅片308和最佳焦平面309 '之間存在相對(duì)位置差值δ，將嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的成像分辨率及硅片的曝光質(zhì)量。
[0003]現(xiàn)有的調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)傳感器只是對(duì)硅片面進(jìn)行檢測(cè)，不涉及掩模面檢測(cè)，首選還是對(duì)掩模面及掩模臺(tái)熱膨脹和熱變形進(jìn)行控制，從而達(dá)到減小掩模面由于照明系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間由強(qiáng)光源照射下產(chǎn)生的熱膨脹和熱變形?？刂茻崤蛎浐蜔嶙冃蔚姆椒ㄖ饕ㄟ^兩個(gè)途徑來實(shí)現(xiàn)，一個(gè)是通過采用熱膨脹系數(shù)低、穩(wěn)定性較好的材料解決熱膨脹和熱形變，這種材料的特點(diǎn)是在長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)光源照射下的熱膨脹和變形較小，材料成本和零件加工成本較高；另一個(gè)是通過對(duì)掩模周圍環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得掩模周圍環(huán)境變化盡可能的小，從而減小因溫度變化而引起的掩模面漂移；此兩種方法的結(jié)合可以很大限度的降低掩模面的溫度漂移，但不能從根本上消除掩模面溫度漂移，從在光刻機(jī)中的實(shí)際使用情況來看，掩模面確實(shí)也存在溫度漂移，導(dǎo)致調(diào)焦調(diào)平傳感器零位與最佳焦平面發(fā)生偏離而產(chǎn)生傳感器硅片曝光質(zhì)量不穩(wěn)定。
[0004]為了從根本上消除掩模漂移對(duì)曝光系統(tǒng)成像分辨率的影響，該檢測(cè)裝置利用接近式氣壓式差分測(cè)量傳感器對(duì)端測(cè)量掩模面作為參考量，一段測(cè)量硅片面作為測(cè)量值，這樣就可以巧妙的解決掩模面相對(duì)于調(diào)焦調(diào)平傳感器零位偏移無法測(cè)量問題，可以始終確保檢測(cè)值的真實(shí)有效性，保證硅片曝光質(zhì)量。該項(xiàng)測(cè)量技術(shù)的原理就是氣動(dòng)測(cè)量技術(shù)。如圖2所示，氣動(dòng)測(cè)量原理上有兩種方式，一種是檢測(cè)流量同被測(cè)工件間隙的關(guān)系，一種是檢測(cè)壓力同被測(cè)工件間隙的關(guān)系；這兩個(gè)關(guān)系就是空氣流量和壓力都與被測(cè)量間隙的大小成比例，而空氣壓力和流量相互之間成反比關(guān)系。氣動(dòng)測(cè)量就是利用這樣的測(cè)量原理，測(cè)頭固定時(shí)，測(cè)量管路可以任意延長(zhǎng)，方面對(duì)掩模面和硅片面同時(shí)測(cè)量。
[0005]美國(guó)專利US 7124624 Β2中提供了一種用于光刻機(jī)中接近式差分測(cè)量傳感器，如圖3所示。102—?dú)怏w供給；106—質(zhì)量流量控制器；108—積蓄器；110/120/122—緩沖器；138—質(zhì)量流量傳感器/壓力傳感器；128—測(cè)量噴嘴；130—參考噴嘴；134—參考件；132—被測(cè)工件。工作原理如下:氣體通過氣體供給系統(tǒng)102向系統(tǒng)內(nèi)部供給氣體，通過通氣管路112、116、118、136將各個(gè)元件連接在一起，供給的氣體通過質(zhì)量流量控制器106進(jìn)行調(diào)節(jié)再有經(jīng)過緩沖器110/120/122，最終由參考噴嘴130和測(cè)量噴嘴128噴出，當(dāng)測(cè)量相隔距離140和已知的參考相隔距離142有差別時(shí)，壓力傳感器138就會(huì)將感測(cè)到管道118和116壓力變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這樣就可以得到被測(cè)工件任意時(shí)刻的位置信息，最后整機(jī)得到信息后，發(fā)出控制指令來調(diào)節(jié)被測(cè)工件位置。專利中提到的差分式接近傳感器也不能解決其零位的離焦問題，不能直接解決曝光質(zhì)量問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于為了解決在后道工序中投影曝光鏡頭采用放大倍率為I的光刻機(jī)中，調(diào)焦調(diào)平傳感器無法檢測(cè)掩模面的漂移使得投影曝光系統(tǒng)的成像分辨率下降，而導(dǎo)致的硅片曝光質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。降低對(duì)掩模臺(tái)及掩模所選用材料的熱膨脹系數(shù)和穩(wěn)定性和周圍使用環(huán)境要求，從而降低其材料及加工成本達(dá)到滿足整機(jī)低成本控制要求。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)裝置，用于放大倍率為I的光刻系統(tǒng)的調(diào)焦調(diào)平，包括光源系統(tǒng)，掩模板，掩模臺(tái)，投影物鏡，硅片，工件臺(tái)，還包括一氣動(dòng)差分測(cè)量傳感器，所述氣動(dòng)差分測(cè)量傳感器包括兩組測(cè)量頭，第一組測(cè)量頭用于測(cè)量掩模面位置，第二組測(cè)量頭用于測(cè)量硅片面位置，一氣電轉(zhuǎn)換傳感器通過感測(cè)兩組測(cè)量頭測(cè)得的間距的不同而引起的氣壓值變化，將所述氣壓值變化值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理后輸送給整機(jī)控制系統(tǒng)，從而控制工件臺(tái)的調(diào)整。
[0008]其中，所述兩組測(cè)量頭分別包括三個(gè)測(cè)量頭，三個(gè)測(cè)量頭安裝位置分別一一對(duì)應(yīng)。
[0009]較優(yōu)地，所述第一組測(cè)量頭沿掩模中心互為120°夾角布置，分別布置在靠近掩模邊緣部分。
[0010]較優(yōu)地，所述第二組測(cè)量頭互為120°角分布在硅片面圓周上。
[0011 ]較優(yōu)地，其中，包括一輔助連接零件，所述輔助連接零件連接在掩模板上方的
整機(jī)框架上，所述第一組測(cè)量頭安裝在所述輔助連接零件上。
[0012]較優(yōu)地，還包括一輔助連接零件，所述輔助連接零件與投影物鏡鏡頭上設(shè)置的機(jī)械結(jié)構(gòu)連接，所述第二組測(cè)量頭安裝在所述輔助連接零件上。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案提出一種新型接近式氣壓調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)傳感器，能同時(shí)對(duì)掩模安裝面和硅片面進(jìn)行測(cè)量，巧妙的從調(diào)焦調(diào)平技術(shù)源頭上解決掩模面、最佳焦平面、調(diào)焦調(diào)平傳感器零平面及硅片面之間的位置變化關(guān)系，很好的確保了光刻機(jī)硅片的曝光質(zhì)量穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。
[0015]圖1是投影曝光系統(tǒng)中物距與像距變化平面示意圖；
圖2是氣動(dòng)測(cè)量掩模偏移原理示意圖；
圖3是接近式差分測(cè)量傳感器示意圖；
圖4是投影曝光系統(tǒng)中掩模面漂移同物鏡焦平面位移關(guān)系圖；
圖5是本發(fā)明中調(diào)焦調(diào)平傳感器在投影曝光系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明調(diào)焦調(diào)平傳感器工作原理示意圖；
圖7是測(cè)量掩模面的測(cè)頭平面分布圖；
圖8是測(cè)量硅片面的測(cè)頭平面分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0017]本發(fā)明提出的一種調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)裝置就是利用接近式氣壓傳感器測(cè)量原理，采用差分測(cè)量方式將掩模安裝面做參考平面，另一端檢測(cè)硅片，由工件臺(tái)調(diào)整來改變硅片位置，這樣只需一次裝調(diào)將測(cè)頭在整機(jī)中的絕對(duì)位置鎖定，而后測(cè)量使用時(shí)只需測(cè)量掩模和硅片間的相對(duì)位置，掩模位置改變?chǔ)臅r(shí)，焦平面位置變化和硅片上的測(cè)量分支的對(duì)應(yīng)的測(cè)量值均為δ，且變化方向相同，這樣就可以保證無論掩模面如何漂移，始終能保證調(diào)焦調(diào)平傳感器零平面同最佳焦平面重合，從而很好的保證了硅片曝光質(zhì)量和穩(wěn)定性。
[0018]圖4是本發(fā)明投影曝光系統(tǒng)中掩模面漂移同物鏡焦平面位移關(guān)系原理圖，掩模面測(cè)頭噴嘴端面322和硅片面測(cè)頭噴嘴件323之間的距離H以及掩模面測(cè)頭噴嘴端面322和掩模面321之間的距離Hl為設(shè)計(jì)時(shí)確認(rèn)的已知量。當(dāng)完成調(diào)焦調(diào)平零位與物鏡最佳焦平面匹配時(shí)，硅片面測(cè)頭噴嘴件323和硅片面324 (最佳焦面、硅片面和調(diào)焦調(diào)平零位重合)間距離Η2已知。當(dāng)掩模面由于長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)光照射發(fā)生
的位移量時(shí)，由差分測(cè)量原理可知，該傳感器的零位也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)同向AZZ1的位移量。
由于掩模面偏移，最佳焦面就會(huì)由位置326移動(dòng)到位置328，產(chǎn)生一個(gè)ΔΗ2的變化量。由于
在后道工序投影光刻機(jī)中的投影曝光系統(tǒng)的放大倍率通常為1，此時(shí)就有,所
以傳感器的零位和最佳焦面始終保持重合，這樣傳感器在測(cè)量過程中不會(huì)失真，將硅片所放位置也調(diào)整到最佳焦面位置328上，這樣就能很好的保證硅片曝光質(zhì)量。
[0019]本發(fā)明調(diào)焦調(diào)平傳感器在投影曝光系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示，包括光源系統(tǒng)1，掩模板2，掩模臺(tái)3，投影物鏡4，硅片5，工件臺(tái)6。還包括一氣動(dòng)差分測(cè)量傳感器，所述氣動(dòng)差分測(cè)量傳感器包括兩組測(cè)頭組7和8，按圖示分別通過對(duì)應(yīng)的調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在輔助連接零件12和13上。輔助連接零件12連接在掩模板2上方的整機(jī)框架上，輔助連接零件13與投影物鏡4鏡頭上設(shè)置的機(jī)械結(jié)構(gòu)連接。氣電轉(zhuǎn)換傳感器9通過進(jìn)氣管道與測(cè)頭組7和8相連接，氣電轉(zhuǎn)換傳感器9將感測(cè)到的壓力值轉(zhuǎn)換為電壓值通過RS232傳輸給模數(shù)轉(zhuǎn)換控制處理器10，控制處理器10對(duì)測(cè)頭組7和8的測(cè)量值獨(dú)立采樣，7的信號(hào)值用于計(jì)算出掩模面位置信息，8的測(cè)量信號(hào)用于反映硅片面的位置信息。因在測(cè)量中測(cè)頭組7相對(duì)掩模板及安裝面的位置不做調(diào)整補(bǔ)償，故而作為參考；這樣就構(gòu)成了以參考測(cè)頭組7為基準(zhǔn)的差分式氣壓調(diào)焦調(diào)平傳感器。系統(tǒng)工作時(shí)將參考測(cè)頭組7和測(cè)量測(cè)頭組8中相對(duì)應(yīng)的壓力差轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理后輸送給整機(jī)控制系統(tǒng)，從而控制工件臺(tái)的調(diào)整。
[0020]圖6是本發(fā)明調(diào)焦調(diào)平傳感器工作原理示意圖。如圖6所示，外界供給的空氣通過控制開關(guān)501進(jìn)入空氣存儲(chǔ)器502中，通過帶有流量調(diào)節(jié)閥的氣管，分別與測(cè)量掩模面和硅片面的6個(gè)測(cè)頭515、516、517、518、519、520相連接，其中測(cè)頭518和515,519和516,520和517的安裝位置相互對(duì)應(yīng)。由氣電轉(zhuǎn)換器523、524、525分別測(cè)量518和515、519和516、520和517中壓力差值,然后轉(zhuǎn)換為電壓值,經(jīng)過傳輸光纖526輸送給傳感器信號(hào)處理系統(tǒng)527中，完成信號(hào)處理后,通過傳輸光纖528輸送給整個(gè)控制系統(tǒng)529,再由整機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出可控制指令驅(qū)動(dòng)工件臺(tái)6進(jìn)行Z、RX、RY的調(diào)整。
[0021]該檢測(cè)裝置測(cè)頭的平面分布圖如圖7和8所示，圖7為測(cè)量掩模面測(cè)頭布置，由于掩模面空間位置有限，故而采用測(cè)量掩模安裝面代替掩模面進(jìn)行。由于掩模面測(cè)頭組7中的3個(gè)測(cè)頭515、516和517分別可以制作的足夠小，外徑在3mm左右，沿掩模中心互為120°夾角布置，將其分別布置在靠近掩模邊緣部分，這樣就可以使得測(cè)量結(jié)果和直接測(cè)量掩模結(jié)果相近，滿足測(cè)量要求。圖8為硅片面上的測(cè)頭分布，硅片面測(cè)頭組8中的3個(gè)測(cè)頭611、612和613互為120°角分布在180mm直徑的圓周上。掩模面測(cè)頭組7和硅片面測(cè)頭組8中的測(cè)頭相互結(jié)合，完成整個(gè)硅片在線檢測(cè)。
[0022]本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)裝置，用于放大倍率為I的光刻系統(tǒng)的調(diào)焦調(diào)平，包括光源系統(tǒng)，掩模板，掩模臺(tái)，投影物鏡，硅片，工件臺(tái)，其特征在于，還包括一氣動(dòng)差分測(cè)量傳感器，所述氣動(dòng)差分測(cè)量傳感器包括兩組測(cè)量頭，第一組測(cè)量頭用于測(cè)量掩模面位置，第二組測(cè)量頭用于測(cè)量硅片面位置，一氣電轉(zhuǎn)換傳感器通過感測(cè)兩組測(cè)量頭測(cè)得的間距的不同而引起的氣壓值變化，將所述氣壓值變化值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理后輸送給整機(jī)控制系統(tǒng)，從而控制工件臺(tái)的調(diào)整。
2.如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)裝置，其特征在于，所述兩組測(cè)量頭分別包括三個(gè)測(cè)量頭，三個(gè)測(cè)量頭安裝位置分別一一對(duì)應(yīng)。
3.如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)裝置，其特征在于，所述第一組測(cè)量頭沿掩模中心互為120°夾角布置，分別布置在靠近掩模邊緣部分。
4.如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)裝置，其特征在于，所述第二組測(cè)量頭互為120°角分布在硅片面圓周上。
5.如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)裝置，其特征在于，還包括一輔助連接零件，所述輔助連接零件連接在掩模板上方的整機(jī)框架上，所述第一組測(cè)量頭安裝在所述輔助連接零件上。
6.如權(quán)利要求1所述的調(diào)焦調(diào)平檢測(cè)裝置，其特征在于，還包括一輔助連接零件，所述輔助連接零件與投影物鏡鏡頭上設(shè)置的機(jī)械結(jié)構(gòu)連接，所述第二組測(cè)量頭安裝在所述輔助連接零件上。
【文檔編號(hào)】G03F7/20GK103913953SQ201210594380
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】刁雷, 陳飛彪 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司