[发明专利]一种调焦调平检测装置

说明书

技术领域

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

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1的曝光镜头，根据光学原理可知放大倍率为1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。

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。

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。

美国专利US 7124624 B2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

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1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。

   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，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。

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。