CN103631098B - 一种非接触式光刻机调平调焦系统、方法和光刻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式光刻机调平调焦系统，包括至少三个光谱共焦位移传感器，用于采集光刻机的掩膜版下表面与位于光刻机上的样片表面的光刻胶层的上表面之间的间隙距离数据；信号处理电路，用于根据所述光谱共焦位移传感器采集的所述间隙距离数据计算处理，输出控制信号到光刻机的承片机构和升降机构，实现对样片的调平与调焦控制，使样片表面的光刻胶层的上表面与所述掩膜版的下表面之间的间隙距离保持在预定工作距离内。本发明同时公开了非接触式光刻机调平调焦方法以及具有所述调平调焦系统的光刻机。本发明取代了现有非接触式调焦调平装置中复杂的光学结构部件，降低了复杂性，容易实现。

Description

一种非接触式光刻机调平调焦系统、方法和光刻机

技术领域

本发明涉及微光学微电子设备技术领域，特别是利用光谱共焦位移传感器进行接近式光刻机工件台上的掩膜版与样片间隙的非接触准确测量以实现调平及调焦功能的非接触式光刻机调平调焦系统、方法和光刻机。

背景技术

光刻机是目前微电子、微光学行业必不可少的一种重要制造设备，而在掩膜版与涂覆光刻胶的样片之间实现精密的调平且保持一定的间隙是将掩膜版图案高质量复制到样片上的重要保证。目前的接近接触式调焦调平装置的基本原理为通过球碗气浮机构，利用升降机构使样片上升，当样片与掩膜版接触后，利用球碗气浮机构的万向转动功能，使样片与掩膜版紧贴来实现掩膜版与样片的调平，然后锁定气浮机构，再利用升降机构让样片下降一定的距离，由此在样片与掩膜版之间保持一定的间隙来实现调焦。该调平调焦方式执行速度快，无需对样片进行位置伺服控制，执行机构较为简单，但是由于掩膜版与样片之间有一个接触动作，从而由于涂覆光刻胶后样片的灰尘等杂质以及光刻胶会污染掩膜版从而降低掩膜版的使用寿命，也降低了样品的合格率，不适用于大规模制造。

为了提高样片合格率，大规模制造，在主流光刻机设备中，通常采用非接触式调焦调平装置，该装置在调焦调平过程中，样片与掩膜版不接触，其原理基本上是在样片一端将一束光源大倾角斜入射到样片上，在样片另一端采用PSD、CCD等传感器探测入射到样片上的光斑，当样片发生倾斜和高度变化时，PSD、CCD等探测器将接收到误差信号，利用调平调焦驱动机构对样片进行位置伺服控制，对误差信号进行控制，从而实现样片的调平与调焦。该调平调焦机构控制精度高，但光学系统复杂，体积较大，且安装要求精度高，还需对样片进行位置标定，因此系统实现复杂。

发明内容

本发明的目的是针对目前光刻机领域非接触式调焦调平装置结构复杂，提出了一种系统结构简单小巧、易实现的非接触式光刻机调平调焦系统、方法和光刻机。

本发明提供的一种非接触式光刻机调平调焦系统，包括：

至少三个光谱共焦位移传感器，用于采集光刻机的掩膜版下表面与位于光刻机上的样片表面的光刻胶层的上表面之间的间隙距离数据。

信号处理电路，用于根据所述光谱共焦位移传感器采集的所述间隙距离数据计算处理，输出控制信号到光刻机的承片机构和升降机构，实现对样片的调平与调焦控制，使样片表面的光刻胶层的上表面与所述掩膜版的下表面之间的间隙距离保持在预定工作距离内。

根据本发明的实施例，所述承片机构包括用于安装样片的承片台、分别连接在所述承片台下方左右两侧用于对所述承片台进行二维倾斜调整实现调平控制的倾斜控制电机，所述倾斜控制电机通过电机驱动控制单元与所述信号处理电路电连接。

优选的，所述倾斜控制电机为伺服电机、步进电机或压电陶瓷驱动器。

根据本发明的实施例，所述升降机构包括连接于所述承片机构下方的升降台、设置在所述升降台下方用于控制升降台高度从而调整所述承片机构的高度实现调焦控制的升降控制电机，所述升降控制电机通过电机驱动控制单元与所述信号处理电路连接。

优选的，所述升降控制电机为伺服电机、步进电机或压电陶瓷驱动器。

根据本发明的实施例，所述光谱共焦位移传感器通过光纤信号输出线连接位移信号采集模块，所述位移信号采集模块与所述信号处理电路电连接。

根据本发明的实施例，所述光谱共焦位移传感器为3个，3个光谱共焦位移传感器位于所述掩膜版的上方且在同一平面呈三角形分布。

根据本发明的实施例，所述光谱共焦位移传感器为4个，4个光谱共焦位移传感器位于所述掩膜版的上方且呈在同一平面四边形分布。

本发明还提供一种非接触式光刻机调平调焦方法，包括如下步骤：

步骤一、采用至少三个光谱共焦位移传感器采集光刻机的掩膜版下表面与位于光刻机上的样片表面的光刻胶层的上表面之间的间隙距离数据；

步骤二、根据所述光谱共焦位移传感器输出的间隙距离数据计算处理后输出控制信号到光刻机的承片机构和升降机构，实现对样片的调平与调焦控制，使样片表面的光刻胶层的上表面与掩膜版的下表面之间的间隙距离保持在预定工作距离内。

同时本发明还提供一种非接触式光刻机，包括上述各个实施例中的非接触式光刻机调平调焦系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明采用光谱共焦位移传感器采集光刻机的掩膜版下表面与位于光刻机上的样片表面的光刻胶层的上表面之间的间隙距离数据，根据所述光谱共焦位移传感器输出的间隙距离数据计算处理后输出控制信号到光刻机的承片机构和升降机构对样片进行调平与调焦控制，使样片表面的光刻胶层的上表面与掩膜版的下表面之间的间隙距离保持在预定工作距离内，实现了精确间隙测量和反馈控制，利用光谱共焦位移传感器取代了现有非接触式调焦调平装置中复杂的光学结构部件，降低了系统复杂性，成本低且无需对样片进行位置标定，安装精度要求低，容易实现。

附图说明

图1是本发明的非接触式光刻机调平调焦系统结构示意图。

图2是本发明的非接触式光刻机调平调焦方法流程图。

附图标记：101、102和103为光谱共焦位移传感器；12-光纤信号输出线；3-掩膜夹；4-掩膜版；5-光刻胶层；6-样品；7-承片台；8-升降台；81-升降控制电机，9和10为倾斜控制电机； 11-电机驱动控制单元； 13-信号处理电路；14-位移信号采集模块。

具体实施方式

图1为本发明的非接触式光刻机调平调焦系统示意图，在本实施例中以3个光谱共焦位移传感器为例进行说明，该非接触式光刻机调平调焦系统包括三个光谱共焦位移传感器（101、102、103），3个光谱共焦位移传感器（101、102、103）位于所述掩膜版4的上方且在同一平面呈三角形分布。光谱共焦位移传感器（101、102、103）的下端与掩膜版4具有一定间隔，具体设置时掩膜版4的下表面与光谱共焦位移传感器（101、102、103）下端的距离应大于光谱共焦位移传感器的最短量程，这样使所述掩膜版4的下表面和样片6表面光刻胶层5之间的距离在光谱共焦位移传感器的量程内，所述掩膜版4安装在光刻机的掩膜夹3上，所述掩膜夹3位于掩膜版4上方并紧密贴合。3个光谱共焦位移传感器（101、102、103）通过光纤信号输出线12连接位移信号采集模块14，所述位移信号采集模块14与所述信号处理电路13电连接。众所周知的，光刻机的承片机构包括用于安装样片5的承片台7和分别连接在所述承片台7下方左右两侧用于对所述承片台7进行二维倾斜调整实现调平控制的倾斜控制电机（9、10），涂覆光刻胶层5的样片6位于承片台7上方并紧密贴合，倾斜控制电机（9、10）来控制承片台7的XY方向的倾斜，所述倾斜控制电机（9、10）通过电机驱动控制单元11与所述信号处理电路13电连接。所述倾斜控制电机（9、10）为优选为伺服电机、步进电机或压电陶瓷驱动器。光刻机的升降机构包括连接于所述承片机构下方的升降台8、设置在所述升降台8下方用于控制升降台8高度从而调整所述承片机构的高度实现调焦控制的升降控制电机81，升降台8紧固于所述承片台7的下方，所述升降控制电机81通过电机驱动控制单元11与所述信号处理电路13电连接。所述升降控制电机81也采用伺服电机、步进电机或压电陶瓷驱动器。

其中3个光谱共焦位移传感器（101、102、103）采集光刻机的掩膜版4下表面与位于光刻机上的样片6表面的光刻胶层5的上表面之间的间隙距离数据并输出到位移信号采集模块14。位移信号采集模块14将3个光谱共焦位移传感器（101、102、103）采集到的间隙距离数据输入到信号处理电路13中，信号处理电路13根据所述光谱共焦位移传感器（101、102、103）采集的所述间隙距离数据计算处理，输出控制信号到光刻机的承片机构和升降机构，实现对样片6的调平与调焦控制，使样片6表面的光刻胶层5的上表面与所述掩膜版4的下表面之间的间隙距离d保持在预定工作距离内。具体的，在工作时，先移开三个光谱共焦位移传感器（101、102、103），翻开掩膜夹3，安放涂覆光刻胶层5的样片6在承片台7上，根据掩膜版4厚度控制升降台8将样片6下降到安全高度，安放掩膜版4到掩膜夹3上，合上掩膜夹3，移动三个光谱共焦位移传感器（101、102、103）到掩膜夹3上方，即三个光谱共焦位移传感器（101、102、103）位于掩膜版3的上方，三个光谱共焦位移传感器（101、102、103）采集测量掩膜版下表面三点位置A1、A2、A3以及一一对应的到光刻胶层5上表面的三点位置B1、B2、B3之间的距离，以掩膜版下表面位置作为平面基准，得到三个不同点位置之间的间隙距离分别为Δ1=B1-A1，Δ2=B2-A2，Δ3=B3-A3，设光刻机工作时要求的间隙为D，则三个不同点位置的间隙误差为Δ1-D，Δ2-D，Δ3-D，信号处理电路13对该误差信号进行处理输出校正信号到电机驱动控制单元11，由电机驱动控制单元11控制倾斜控制电机（9、10）和升降控制电机81分别对承片台7、升降台8进行控制使三个间隙误差控制在光刻机工作的容许误差内。

本发明采用光谱共焦位移传感器取代了现有非接触式调焦调平装置中复杂的光学结构部件，降低了系统复杂性，光谱共焦位移传感器可测量多层透明物体间距从而可实现掩膜版、光刻胶层和样片各层距离的精确测量。三角形分布安装的光谱共焦位移传感器将采集到三个点位置的掩膜版4下表面与光刻胶层5上表面的间隙距离数据送入信号处理电路13中，以掩膜版4下表面作为测量平面基准，修正三个间隙距离误差，由信号处理电路13进行处理后，通过电机驱动控制单元11将数据输送到倾斜控制电机（9、10）和升降控制电机81控制调整所述承片台7，实现对样片6的调平与调焦反馈控制，使三个间隙距离数据值控制到工作范围内，然后光刻机对样片6进行曝光。利用掩膜版4下表面作为基准测量样片光刻胶层与掩膜板的间隙距离可降低光谱共焦位移传感器的安装要求。与其他接近接触式光刻机相比，该系统结构简单小巧，降低了系统复杂性，且无需对样片进行位置标定，容易实现。在调平调焦过程中由于样片与掩膜版无需接触，可提高掩膜版使用寿命以及样片光刻质量。

需要说明的是，上述图1所示的实施方式是本发明的优选实施方式，其中的位移传感器信号采集模块14也可以删除，三个光谱共焦位移传感器（101、102、103）直接与所述信号电路处理13连接，这些均在本发明的保护范围之内。且在本发明的其他实施方式中，所述光谱共焦位移传感器可以为4个，4个光谱共焦位移传感器位于所述掩膜版的上方且在同一平面呈四边形分布，当然所述光谱共焦位移传感器也可以多于4个，本发明对光谱共焦位移传感器的个数不作限定，这些均在本发明的保护范围之内。

图2为本发明的非接触式光刻机调平调焦方法流程图，该方法以图1所示的非接触式光刻机调平调焦系统为基础实现，具体包括如下步骤：

S1、采用至少三个光谱共焦位移传感器采集光刻机的掩膜版下表面与位于光刻机上的样片表面的光刻胶层的上表面之间的间隙距离数据。

本方法中优选采用3个光谱共焦位移传感器，3个光谱共焦位移传感器（101、102、103）位于光刻机的掩膜版4的上方且在同一平面呈三角形分布，3个光谱共焦位移传感器（101、102、103）采集光刻机的掩膜版4下表面与位于光刻机上的样片6表面的光刻胶层5的上表面之间的间隙距离数据并输出到位移传感器信号采集模块14。位移传感器信号采集模块14将3个光谱共焦位移传感器（101、102、103）采集到的间隙距离数据输入到信号处理电路13中。

S2、信号处理电路13根据所述光谱共焦位移传感器输出的间隙距离数据计算处理后输出控制信号到光刻机的承片机构和升降机构，实现对样片的调平与调焦控制，使样片表面的光刻胶层的上表面与掩膜版的下表面之间的间隙距离d保持在预定工作距离内。具体请参考前述非接触式光刻机调平调焦系统中的相关描述，这里不再详述。

本发明另一实施例还提供一种非接触式光刻机(图未示)，包括上述的非接触式光刻机调平调焦系统。采用该系统的非接触式光刻机与其他接近接触式光刻机相比，取代了现有非接触式调焦调平装置中复杂的光学结构部件，结构简单小巧，降低了复杂性，且无需对样片进行位置标定，容易实现。

上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (6)

1.一种非接触式光刻机调平调焦系统，其特征在于，包括：

至少三个光谱共焦位移传感器，用于采集光刻机的掩膜版下表面与位于光刻机上的样片表面的光刻胶层的上表面之间的间隙距离数据；

信号处理电路，用于根据所述光谱共焦位移传感器采集的所述间隙距离数据计算处理，输出控制信号到光刻机的承片机构和升降机构，实现对样片的调平与调焦控制，使样片表面的光刻胶层的上表面与所述掩膜版的下表面之间的间隙距离保持在预定工作距离内；

所述承片机构包括用于安装样片的承片台、分别连接在所述承片台下方左右两侧用于对所述承片台进行二维倾斜调整实现调平控制的倾斜控制电机，所述倾斜控制电机通过电机驱动控制单元与所述信号处理电路电连接；

所述升降机构包括连接于所述承片机构下方的升降台、设置在所述升降台下方用于控制升降台高度从而调整所述承片机构的高度实现调焦控制的升降控制电机，所述升降控制电机通过电机驱动控制单元与所述信号处理电路连接；

所述光谱共焦位移传感器通过光纤信号输出线连接位移信号采集模块，所述位移信号采集模块与所述信号处理电路电连接。

2.根据权利要求1所述的非接触式光刻机调平调焦系统，其特征在于，所述倾斜控制电机为伺服电机、步进电机或压电陶瓷驱动器。

3.根据权利要求1所述的非接触式光刻机调平调焦系统，其特征在于，所述升降控制电机为伺服电机、步进电机或压电陶瓷驱动器。

4.根据权利要求1-3任一项所述的非接触式光刻机调平调焦系统，其特征在于，所述光谱共焦位移传感器为3个，3个光谱共焦位移传感器位于所述掩膜版的上方且在同一平面呈三角形分布。

5.根据权利要求1-3任一项所述的非接触式光刻机调平调焦系统，其特征在于，所述光谱共焦位移传感器为4个，4个光谱共焦位移传感器位于所述掩膜版的上方且呈在同一平面呈四边形分布。

6.一种非接触式光刻机，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的非接触式光刻机调平调焦系统。