[发明专利]具有差动对的电容式感测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量距离的电容式传感器(capacitive sensor)，特别是用于在光刻设备(lithography apparatus)中测量距靶材(target)的距离的电容式传感器。

背景技术

带电微粒以及光学光刻机器和检查机器（inspection machine）用于将图案曝显于晶圆和其他靶材之上，这典型地是半导体装置制造流程的一部分。在光刻系统之中，通常藉由光刻机器所发出的光学或微粒曝光射束针对晶圆的多个位置进行曝光。晶圆通常置放在晶圆固定台上，且典型地藉由控制该晶圆固定台相对于固定的电子/光学柱体的平移而实现上述的多重曝光。这些曝光通常在晶圆的表面连续执行。

待进行曝光的晶圆表面几乎绝不会是完全平整的。典型的晶圆在未箝制到晶圆固定台的情形下可以在其中具有高达50微米的弯曲。除了上述的晶圆弯曲之外，晶圆表面可能具有其他不均匀性在其表面上。这些晶圆弯曲和其他不均匀性在晶圆表面造成高度上的变化。为了达到最新光刻机器所需的极高精确度，必须矫正这种高度上的变化以将被曝光的晶圆表面维持于用于将上述光学或微粒曝光射束聚焦至晶圆上的投射透镜(projection lens)的焦面(focal plane)之中。

支承晶圆的晶圆固定台可以被调整，以补偿晶圆表面的高度上的变化。可以改变晶圆固定台的高度，以将待曝光的晶圆表面调整至投射透镜的焦面上。晶圆固定台高度的控制可以利用从测量晶圆表面高度(例如，投射透镜与晶圆表面间的距离)的传感器发送的信号来实现。需要高度灵敏的传感器，以确保能以最新光刻机器所要求的极度精确性进行晶圆位置的正确控制。已有许多不同种类的传感器被使用于此类应用，包括电容式探针。然而，现有的电容式探针以及相关的测量及控制系统均受制于一些缺点。

现有的电容式传感器其高度及传感器面积通常很大。图1A及图1B显示现有技术电容式传感器的结构。图1A显示截面图，而图1B则显示该传感器探针的端视图。导电感测电极2被导电防护电极3环绕。绝缘层4分隔这两个电极，另一绝缘层5可用于将防护电极3与外壳6隔离。电缆线7和连接器8将该传感器连接至信号处理系统，以得到所需的最终测量信号。该传感器的工作范围取决于感测电极2之下的感测面积。防护电极3被设成与感测电极同一电位，以将电场限制在感测面积之内，而在感测电极2和靶材9之间产生相当均匀的电场。此种结构导致传感器相当高，通常为大约20毫米的高度，还导致感测电极相当大。

相当大的传感器高度及宽度使得该传感器的位置需要相当程度地远离投射透镜，因此将由于制造公差和热膨胀导致的传感器与投射透镜间的相对位置的变化而产生误差。现有电容式探针的相当大的尺寸同时还使得多传感器配置中的各个传感器彼此分隔遥远，因而降低感测系统的空间分辨率，致使晶圆表面上发生于小区域上的不均匀性难以被侦测出来。此过宽的间隔还造成较为缓慢的测量处理，从而降低使用此类系统的光刻机器的生产量。

英国专利2,131,176描述一种电容距离测量探针，藉由将两片在一侧上沉积有铜质涂层的热塑性聚合物薄膜黏接在一起而制成，使得一片的铜涂覆面接合至另一片的未涂覆面。一片上的暴露铜涂层被分成第一区域和第二区域，其中第一区域构成感测电极，第二区域至少部分地环绕该感测电极，并与另一片上的铜质涂层电气互连以定义出感测电极的防护电极。此架构与图1所示的架构相仿，提供环绕感测电极的防护电极，环绕感测电极的防护电极均形成于同一表面之上且位于分层装置的同一层处。这产生需要在不同导电层间建立电气连接的结构，因而需要较为复杂且成本较高的生产过程。

此外，通往这些传感器的接线连接难以制造，且接线引入影响传感器读数的电容而需列入考虑，通常是对传感器及布线工程的组合进行校准。现有传感器需要校准，加上当置换传感器之时传感器接线需要再次校准，使得此种置换变得复杂、耗时且昂贵。

第4,538,069号的美国专利描述一种校准用于曝显标线(reticle)的单一电子射束光刻机器的电容高度微测计(capacitance height gage)的方法。该高度微测计先利用激光干涉仪(laser interferometer)在校准设备中进行校准，接着机器被重新定位至光刻台以曝显一标线，而距该十字标线的距离用该电容微测计加以测量。该电容微测计形成于基板上，该基板被固定于电子射束光学模块外壳的底部。标线靶材被接地，而电容微测计被相位相差180°的信号驱动，且来自每一微测计的输出信号被分开处理以产生四个高度测量信号。

发明内容