[发明专利]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)，尤其涉及用于在光刻设备(lithography apparatus)中测量距目标(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被用于将图案曝光到晶圆和其它目标上，这基本上是半导体装置制造处理的一部分。在光刻系统中，通常藉由光刻机器所发出的光学或微粒曝光射束对晶圆的多个位置处进行曝光。晶圆通常被置于晶圆固定台之上，且通常藉由控制该晶圆固定台相对于固定电子/光学腔体的位移而实现上述多个曝光。这些曝光通常是在晶圆的表面连续执行的。

将要进行曝光的晶圆表面几乎不可能完全平整。典型的晶圆在未箝紧至晶圆固定台的情形下可以在其中具有高达50微米的弓形弯曲。除了上述的晶圆弓形弯曲之外，晶圆在其表面上可能具有其它的不均匀性。这些晶圆弓形弯曲和其它不均匀性在晶圆表面造成高度上的变形。为了达到最新光刻机器所需的极高精确度，其必须校正这种高度上的变形，以将被曝光的晶圆表面维持在被用于将该光学或微粒曝光射束聚焦到晶圆上的投影透镜(projection lens)的焦点平面(focal plane)上。

支承晶圆的晶圆固定台可以被调整，以补偿晶圆表面在高度上的变形。可以改变晶圆固定台的高度，以将要曝光的晶圆表面调整到投影透镜的焦点平面上。对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，介于投影透镜及晶圆表面间的距离)的传感器发射出信号来完成。这需要高度灵敏的传感器以确保能以最新的光刻机器所要求的极高精确性对晶圆位置进行正确控制。此类应用已经采用了许多不同种类的传感器，包括电容式探针。然而，现有的电容式探针以及相关的测量和控制系统均受到一些缺陷的限制。

现有的电容式传感器在高度及传感器面积上通常很大。图1A和图1B显示了现有技术中的电容式传感器的结构。图1A显示了传感器探针的横截面视图，而图1B则显示了端部视图。导电感测电极2被导电防护电极3包围。绝缘层4将这两个电极分隔开，而另一个绝缘层5可被用于将防护电极3与外壳6分隔开。电缆7和连接器8将传感器连接至信号处理系统，以得到所期望的最终测量信号。该传感器的操作范围取决于感测电极2下的感测面积。防护电极3被设置成与感测电极电位相同，以将电场限制在感测面积之内，而在感测电极2和目标9之间生成相对均匀的电场。这种构造导致了高度相对较高的传感器(通常高度大约为20毫米)和相对较大的感测电极。

传感器相对较大的高度和宽度使得这些传感器需要被定位在距离投影透镜相对较远的位置处，这将由于制造公差和热膨胀引起传感器与投影透镜间的相对位置变化而产生误差。现有电容式探针的相对较大尺寸同时要求在多个传感器配置中的个别传感器彼此相对远离，这降低了感测系统的空间分辨率，致使晶圆表面上发生在小区域中的不均匀度难以被检测出来。该相对较宽的间隔也造成了较为缓慢的测量处理，从而降低了使用这些系统的光刻机器的生产量。

第2,131,176号英国专利描述了一种电容式距离测量探针，其藉由将两片热塑性聚合物薄膜黏接在一起，并在一侧沉积有铜涂层而制成，使得一个薄片的铜涂覆面接合至另一个薄片的未涂覆面上。在一个薄片上被暴露出的铜涂层被划分为构成感测电极的第一区域和至少部分地包围该感测电极的第二区域，该第二区域与另一个薄片上的铜涂层电互连，以界定出该感测电极的防护电极。由于提供了包围感测电极的防护电极，此构造与图1所示的构造相仿，包围感测电极的防护电极均形成于此分层装置的同一表面上并位于同一层处。这导致需要在不同导电层之间建立电连接的结构，并因而需要较为复杂且成本较高的处理。

此外，对这些传感器的导线连接很难实现，而且，接线引入了电容，其影响对传感器的读取而需要被考虑在内，通常要对传感器及导线安装的组合进行校准。对现有传感器进行校准的需求，再加上在更换传感器时需要在此校准传感器接线的需求，使得这种更换变得复杂、耗时、而且昂贵。