一种调焦调平检测装置制造方法
【专利摘要】本发明提出一种调焦调平检测装置，用于放大倍率为1的光刻系统的调焦调平，包括光源系统，掩模板，掩模台，投影物镜，硅片，工件台等，其特征在于，还包括一气动差分测量传感器，所述气动差分测量传感器包括两组测量头，一组测量头测量掩模面位置，另一组测量头测量硅片面的位置，一气电转换器通过感测两组测量头测得的间距的不同而引起的气压值变化，转换为电信号经过信号处理后输送给整机控制系统，从而控制工件台的调整。
【专利说明】—种调焦调平检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的调焦调平检测装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着半导体技术的不断发展，硅片复杂程度及成本价格不断提高，光刻工艺技术要求也不断的提高，所以在调焦调平检测的精度要求和曝光质量要求也大幅度提高。特别是在后道光刻工艺光刻机中，由于采用的是物距和像距比率为I的曝光镜头，根据光学原理可知放大倍率为I时，曝光镜头的物距和像距一定会存在等量变化关系(其中物距对应的就是掩模面的位置，像距对应焦平面的位置)。如图1所示，当掩模面302的下表面发生一个δ位移量时，焦平面309对应也产生δ位移量，而传感器的零位不会跟随移动，此时经过调焦调平传感器测量后使得硅片308到达的曝光位置仍然为离焦前的位置，所以测量后硅片308和最佳焦平面309 '之间存在相对位置差值δ，将严重影响到系统的成像分辨率及硅片的曝光质量。
[0003]现有的调焦调平检测传感器只是对硅片面进行检测，不涉及掩模面检测，首选还是对掩模面及掩模台热膨胀和热变形进行控制，从而达到减小掩模面由于照明系统长时间由强光源照射下产生的热膨胀和热变形。控制热膨胀和热变形的方法主要通过两个途径来实现，一个是通过采用热膨胀系数低、稳定性较好的材料解决热膨胀和热形变，这种材料的特点是在长时间强光源照射下的热膨胀和变形较小，材料成本和零件加工成本较高；另一个是通过对掩模周围环境进行调节，使得掩模周围环境变化尽可能的小，从而减小因温度变化而引起的掩模面漂移；此两种方法的结合可以很大限度的降低掩模面的温度漂移，但不能从根本上消除掩模面温度漂移，从在光刻机中的实际使用情况来看，掩模面确实也存在温度漂移，导致调焦调平传感器零位与最佳焦平面发生偏离而产生传感器硅片曝光质量不稳定。
[0004]为了从根本上消除掩模漂移对曝光系统成像分辨率的影响，该检测装置利用接近式气压式差分测量传感器对端测量掩模面作为参考量，一段测量硅片面作为测量值，这样就可以巧妙的解决掩模面相对于调焦调平传感器零位偏移无法测量问题，可以始终确保检测值的真实有效性，保证硅片曝光质量。该项测量技术的原理就是气动测量技术。如图2所示，气动测量原理上有两种方式，一种是检测流量同被测工件间隙的关系，一种是检测压力同被测工件间隙的关系；这两个关系就是空气流量和压力都与被测量间隙的大小成比例，而空气压力和流量相互之间成反比关系。气动测量就是利用这样的测量原理，测头固定时，测量管路可以任意延长，方面对掩模面和硅片面同时测量。
[0005]美国专利US 7124624 Β2中提供了一种用于光刻机中接近式差分测量传感器，如图3所示。102—气体供给；106—质量流量控制器；108—积蓄器；110/120/122—缓冲器；138—质量流量传感器/压力传感器；128—测量喷嘴；130—参考喷嘴；134—参考件；132—被测工件。工作原理如下:气体通过气体供给系统102向系统内部供给气体，通过通气管路112、116、118、136将各个元件连接在一起，供给的气体通过质量流量控制器106进行调节再有经过缓冲器110/120/122，最终由参考喷嘴130和测量喷嘴128喷出，当测量相隔距离140和已知的参考相隔距离142有差别时，压力传感器138就会将感测到管道118和116压力变化转化为电信号，这样就可以得到被测工件任意时刻的位置信息，最后整机得到信息后，发出控制指令来调节被测工件位置。专利中提到的差分式接近传感器也不能解决其零位的离焦问题，不能直接解决曝光质量问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于为了解决在后道工序中投影曝光镜头采用放大倍率为I的光刻机中，调焦调平传感器无法检测掩模面的漂移使得投影曝光系统的成像分辨率下降，而导致的硅片曝光质量不稳定等问题。降低对掩模台及掩模所选用材料的热膨胀系数和稳定性和周围使用环境要求，从而降低其材料及加工成本达到满足整机低成本控制要求。
[0007]为了达到上述目的，本发明提出一种调焦调平检测装置，用于放大倍率为I的光刻系统的调焦调平，包括光源系统，掩模板，掩模台，投影物镜，硅片，工件台，还包括一气动差分测量传感器，所述气动差分测量传感器包括两组测量头，第一组测量头用于测量掩模面位置，第二组测量头用于测量硅片面位置，一气电转换传感器通过感测两组测量头测得的间距的不同而引起的气压值变化，将所述气压值变化值转换为电信号，经过信号处理后输送给整机控制系统，从而控制工件台的调整。
[0008]其中，所述两组测量头分别包括三个测量头，三个测量头安装位置分别一一对应。
[0009]较优地，所述第一组测量头沿掩模中心互为120°夹角布置，分别布置在靠近掩模边缘部分。
[0010]较优地，所述第二组测量头互为120°角分布在硅片面圆周上。
[0011 ]较优地，其中，包括一辅助连接零件，所述辅助连接零件连接在掩模板上方的
整机框架上，所述第一组测量头安装在所述辅助连接零件上。
[0012]较优地，还包括一辅助连接零件，所述辅助连接零件与投影物镜镜头上设置的机械结构连接，所述第二组测量头安装在所述辅助连接零件上。
[0013]本发明的技术方案提出一种新型接近式气压调焦调平检测传感器，能同时对掩模安装面和硅片面进行测量，巧妙的从调焦调平技术源头上解决掩模面、最佳焦平面、调焦调平传感器零平面及硅片面之间的位置变化关系，很好的确保了光刻机硅片的曝光质量稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
[0015]图1是投影曝光系统中物距与像距变化平面示意图；
图2是气动测量掩模偏移原理示意图；
图3是接近式差分测量传感器示意图；
图4是投影曝光系统中掩模面漂移同物镜焦平面位移关系图；
图5是本发明中调焦调平传感器在投影曝光系统中的结构示意图； 图6是本发明调焦调平传感器工作原理示意图；
图7是测量掩模面的测头平面分布图；
图8是测量硅片面的测头平面分布图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0017]本发明提出的一种调焦调平检测装置就是利用接近式气压传感器测量原理，采用差分测量方式将掩模安装面做参考平面，另一端检测硅片，由工件台调整来改变硅片位置，这样只需一次装调将测头在整机中的绝对位置锁定，而后测量使用时只需测量掩模和硅片间的相对位置，掩模位置改变δ时，焦平面位置变化和硅片上的测量分支的对应的测量值均为δ，且变化方向相同，这样就可以保证无论掩模面如何漂移，始终能保证调焦调平传感器零平面同最佳焦平面重合，从而很好的保证了硅片曝光质量和稳定性。
[0018]图4是本发明投影曝光系统中掩模面漂移同物镜焦平面位移关系原理图，掩模面测头喷嘴端面322和硅片面测头喷嘴件323之间的距离H以及掩模面测头喷嘴端面322和掩模面321之间的距离Hl为设计时确认的已知量。当完成调焦调平零位与物镜最佳焦平面匹配时，硅片面测头喷嘴件323和硅片面324 (最佳焦面、硅片面和调焦调平零位重合)间距离Η2已知。当掩模面由于长时间强光照射发生
的位移量时，由差分测量原理可知，该传感器的零位也会产生一个同向AZZ1的位移量。
由于掩模面偏移，最佳焦面就会由位置326移动到位置328，产生一个ΔΗ2的变化量。由于
在后道工序投影光刻机中的投影曝光系统的放大倍率通常为1，此时就有,所
以传感器的零位和最佳焦面始终保持重合，这样传感器在测量过程中不会失真，将硅片所放位置也调整到最佳焦面位置328上，这样就能很好的保证硅片曝光质量。
[0019]本发明调焦调平传感器在投影曝光系统中的结构示意图如图5所示，包括光源系统1，掩模板2，掩模台3，投影物镜4，硅片5，工件台6。还包括一气动差分测量传感器，所述气动差分测量传感器包括两组测头组7和8，按图示分别通过对应的调整机构安装在辅助连接零件12和13上。辅助连接零件12连接在掩模板2上方的整机框架上，辅助连接零件13与投影物镜4镜头上设置的机械结构连接。气电转换传感器9通过进气管道与测头组7和8相连接，气电转换传感器9将感测到的压力值转换为电压值通过RS232传输给模数转换控制处理器10，控制处理器10对测头组7和8的测量值独立采样，7的信号值用于计算出掩模面位置信息，8的测量信号用于反映硅片面的位置信息。因在测量中测头组7相对掩模板及安装面的位置不做调整补偿，故而作为参考；这样就构成了以参考测头组7为基准的差分式气压调焦调平传感器。系统工作时将参考测头组7和测量测头组8中相对应的压力差转换为电信号，经过信号处理后输送给整机控制系统，从而控制工件台的调整。
[0020]图6是本发明调焦调平传感器工作原理示意图。如图6所示，外界供给的空气通过控制开关501进入空气存储器502中，通过带有流量调节阀的气管，分别与测量掩模面和硅片面的6个测头515、516、517、518、519、520相连接，其中测头518和515,519和516,520和517的安装位置相互对应。由气电转换器523、524、525分别测量518和515、519和516、520和517中压力差值,然后转换为电压值,经过传输光纤526输送给传感器信号处理系统527中，完成信号处理后,通过传输光纤528输送给整个控制系统529,再由整机控制系统发出可控制指令驱动工件台6进行Z、RX、RY的调整。
[0021]该检测装置测头的平面分布图如图7和8所示，图7为测量掩模面测头布置，由于掩模面空间位置有限，故而采用测量掩模安装面代替掩模面进行。由于掩模面测头组7中的3个测头515、516和517分别可以制作的足够小，外径在3mm左右，沿掩模中心互为120°夹角布置，将其分别布置在靠近掩模边缘部分，这样就可以使得测量结果和直接测量掩模结果相近，满足测量要求。图8为硅片面上的测头分布，硅片面测头组8中的3个测头611、612和613互为120°角分布在180mm直径的圆周上。掩模面测头组7和硅片面测头组8中的测头相互结合，完成整个硅片在线检测。
[0022]本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
【权利要求】
1.一种调焦调平检测装置，用于放大倍率为I的光刻系统的调焦调平，包括光源系统，掩模板，掩模台，投影物镜，硅片，工件台，其特征在于，还包括一气动差分测量传感器，所述气动差分测量传感器包括两组测量头，第一组测量头用于测量掩模面位置，第二组测量头用于测量硅片面位置，一气电转换传感器通过感测两组测量头测得的间距的不同而引起的气压值变化，将所述气压值变化值转换为电信号，经过信号处理后输送给整机控制系统，从而控制工件台的调整。
2.如权利要求1所述的调焦调平检测装置，其特征在于，所述两组测量头分别包括三个测量头，三个测量头安装位置分别一一对应。
3.如权利要求1所述的调焦调平检测装置，其特征在于，所述第一组测量头沿掩模中心互为120°夹角布置，分别布置在靠近掩模边缘部分。
4.如权利要求1所述的调焦调平检测装置，其特征在于，所述第二组测量头互为120°角分布在硅片面圆周上。
5.如权利要求1所述的调焦调平检测装置，其特征在于，还包括一辅助连接零件，所述辅助连接零件连接在掩模板上方的整机框架上，所述第一组测量头安装在所述辅助连接零件上。
6.如权利要求1所述的调焦调平检测装置，其特征在于，还包括一辅助连接零件，所述辅助连接零件与投影物镜镜头上设置的机械结构连接，所述第二组测量头安装在所述辅助连接零件上。
【文档编号】G03F7/20GK103913953SQ201210594380
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年12月31日 优先权日:2012年12月31日
【发明者】刁雷, 陈飞彪 申请人:上海微电子装备有限公司