CN2352976Y - 亚微米光刻机的调焦装置 - Google Patents
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Abstract
亚微米光刻机调焦装置，属于光刻机自动调焦和光学探测技术领域。其特征为：标记的成像光经被刻物体、小物镜、反射镜，由分光镜分为两种，一路反射成像于四象限接收器，另一路透射经柱面镜成像于CCD图象传感器，两路输出离焦信号和目标偏置量送入单片机，控制压电陶瓷推动柔性铰链，带动被刻物体作大位移或微位移移动，达到目标焦面位置。具有调焦惯量小，速度快，范围大，精度高(优于0.1微米)，可编程的特点。
Description
本实用新型是一种亚微米光刻机的调焦装置，属于光刻机自动调焦和光电探测技术领域。
随着微电子技术向更高集成度超微细化方向发展，要求光刻线条越来越细，而光刻机光刻分辨力的提高依赖于其光刻物镜数值孔径NA的增大和工作波长的减小，由于NA增大和波长的减小，一方面带来焦深因此而减小，亚微米光刻物镜成像实际焦深已小到1.8微米；另一方面由于NA增大带来物镜的结构变得十分复杂，重量也达60公斤以上。而已有光刻机的自动调焦装置，其工作原理是：被刻物体(如硅片)在完成整场调平后，然后进行调焦误差探测，光电探测系统的四象限接收器获得并输出误差信号，信号不为零时，被刻物体视为离焦状态，在调焦机构片簧的引导下，驱动物镜和光电探测系统整体作上下移动，使误差输出信号为零，被刻物体处于焦面位置。这种装置在使用中存在不足之处是：
1)因光刻物镜的复杂化，重量大大增加，已难以用几组片簧固定导向，以及伺服控制重量很大的光刻物镜和光电探测系统整体。
2)由于半导体平面工艺本身需要占1.6微米有效焦深，被光刻物体的不平度等要占用一定焦深，再加上原自动调焦精度低，只能达到0.3～0.5微米，这几项之和已超出前面所述的亚微米物镜实际焦深，调焦精度太低满足不了光刻要求。
3)光刻机无法根据工艺需要进行预定焦面偏置可编程光刻。
本实用新型的目的在于克服上述已有技术的不足，而提供一种亚微米光刻机的调焦装置，可编程，大范围，高精度，快速度调焦，满足光刻机自动调焦需要。
本实用新型的目的可通过以下措施来达到：标记成像光经被刻物体、小物镜、反射镜后，由分光镜分为两路，一路反射光束成像于四象限接收器上，另一路透射光束成像于CCD图象传感器上，两路输出离焦信号经处理后都送入单片机，根据加入的偏置量，控制压电陶瓷分别作大位移或微位移移动，从而推动柔性铰链，带动被刻物体达到物镜要求的目标焦面位置。
本实用新型的目的还可通过以下措施来达到：柔性铰链位于承片台与工件台之间，压电陶瓷与柔性铰链下端平板支座刚性固定连接，其伸缩头顶紧调焦柔性铰链的上端平板右侧面；经分光后的一路透射光经过柱面镜再放大后，成像于CCD图像传感器上；所需目标位置由计算机键盘输入，转送单片机，与接收到的误差量作相减运算，再驱动执行机构动作。
附图说明：
图1为本实用新型调焦执行机构结构图。
图2为本实用新型光电探测系统结构图。
图3为本实用新型信号处理控制原理图。
下面本实用新型将结合附图作进一步详述：
如图1所示：被刻物体(1)由真空吸附在装有调平系统的承片台(2)上，承片台(2)与调焦柔性铰链(3)的上端平板相连接，柔性铰链(3)下端平板与工作台(5)相连接，压电陶瓷(4)的与柔性铰链(3)下端平板的向上弯转支座刚性固定连接，压电陶瓷(4)的伸缩头顶紧(有预顶力)调焦柔性铰链(3)的上端平板右侧面。柔性铰链(3)位于承片台(2)与工件台(5)之间，压电陶瓷(4)与柔性铰链(3)下端平板支座刚性固定连接，其伸缩头顶紧调焦柔性铰链(3)的上端平板右侧面，压电陶瓷(4)由两路离焦信号驱动。当压电陶瓷(4)加减载电压时，伸缩头就产生伸缩，从而推动柔性铰链(3)两臂绕下端转动，带动承片台(2)上被刻物体(1)作上下平动，直到主机物镜(11)要求的目标焦面位置。
如图2所示：调焦探测照明光从光纤(6)射出，经聚光透镜(7)、标记(8)、反射镜(9)和小物镜(10)，使标记(8)成像于被刻物体(1)上，标记(8)的成像光经被刻物体(1)、小物镜(12)、反射镜(13)后，由分光镜(14)分为两路，一路反射光束成像于四象限接收器(15)上，另一路透射光束经柱面透镜(16)再次单方向放大成像于面阵CCD图象传感器(17)上。经四象限接收器(15)接收的离焦信号，由于光学系统放大倍率低，可探测离焦范围大，经CCD图象传感器(17)接收的含离焦的图象信号，由于光学系统再次放大，可探测离焦范围减小，而探测精度大大提高。
如图3所示：由四象限接收器(15)接收的离焦信号，经信号放大处理(18)和A/D转换器(19)送入单片机(20)。由CCD图象传感器(17)接收的图象信号通过离焦信号提取处理(23)，也送入单片机(20)。根据需要加入的目标偏置量，单片机(20)在接到光刻机主计算机(24)的自动调焦(包括含偏置调焦)启动命令后，首先启动由四象限接收器(15)接收离焦信息的粗调焦系统工作，根据离焦信号，通过D/A转换器(21)和高压放大器(22)，驱动压电陶瓷(4)作大步移动，从而推动柔性铰链(3)两臂绕下端转动，带动被刻物体(1)移动到粗调焦误差范围内，单片机(20)根据从CCD采集的图象中提取的离焦信号，确定被刻物体(1)所处的精确位置，并计算与目标位置(含使用者需要的调焦偏置)的偏离量，通过D/A转换器(21)和高压放大(22)，控制压电陶瓷(4)驱动被刻物体(1)，到主机物镜(11)要求的目标焦面精确位置为止。
本实用新型相比已有技术具有如下优点：
1．调焦机构采用柔性铰链(3)，并驱动重量较轻的被光刻物体(1)作调焦移动，具有移动中无偏摆，系统惯性小的优点，而且采用压电陶瓷驱动，具有灵敏度高、响应快，大大提高调焦速度的特点。
2．半透半反分光镜(14)将光路分成粗精两路，粗的一种用四象限接收器(15)接收，满足大范围调焦要求，范围达到250微米以上。然后由单片机(20)自动切换到CCD图象传感器(17)探测接收调焦，满足高精度调焦要求。粗精两路探测的应用，使调焦大范围和高精度都同时达到要求。调焦位置可在正负10微米内任意偏置，实现计算机可编程偏置自动调焦，有利于各工艺层光刻，用户使用灵活方便。
3．高精度调焦探测中，由于引入了柱面放大系统(16)，不仅提高了调焦精度，精度优于0.1微米，而且加大了离焦信号采集区，可最大限度地综合器件电路图形有关区域的地形，克服某些不利地形的影响，大大提高了信号提取稳定性和工艺适应性。
4．由于精探测接收采用CCD图象传感器(17)，提取的离焦量为数字信号，单片机(20)可与使用者送入的偏置量作相减运算，运算后驱动调焦执行机构，因而能由计算机软件实现可编程预定焦面自动调焦，方便用户使用。
Claims (4)
1、亚微米光刻机的调焦装置，照明光从光纤(6)射出，经聚光透镜(7)、标记(8)、反射镜(9)和小物镜(10)成像于被刻物体(1)上，光线经被刻物体(1)、小物镜(12)、反射镜(13)后，由四象限接收器(15)接收，其输出的离焦信号经信号放大处理(18)和A/D转换器(19)送入单片机(20)，由光刻机控制驱动工作台(5)与承片台(2)之间的调焦执行机构动作，调整承片台(2)上的被刻物体(1)处于主机物镜(11)要求的目标焦面位置，其特征在于：标记(8)的成像光经被刻物体(1)、小物镜(12)、反射镜(13)，再由分光镜(14)分为两路，一路反射光束成像于四象限接收器(15)上，另一路透射光束成像于CCD图象传感器(17)上，两路输出离焦信号经信号处理后都送入单片机(20)，根据需要加入的目标偏置量，由主计算机(24)和单片机(20)自动控制压电陶瓷(4)分别作大位移或微位移移动，从而推动柔性铰链(3)两臂绕下端转动，带动被刻物体(1)作上下平动，达到主机物镜(11)要求的目标焦面精确位置。
2、如权利要求1所述的亚微米光刻机调焦装置，其特征在于：柔性铰链(3)位于承片台(2)与工件台(5)之间，压电陶瓷(4)与柔性铰链(3)下端平板支座刚性固定连接，其伸缩头顶紧调焦柔性铰链(3)的上端平板右侧面，压电陶瓷(4)由两路离焦信号驱动。
3、如权利要求1所述的亚微米光刻机调焦装置，其特征在于经分光镜(14)后的一路透射光，经过柱面镜(16)再放大后成像于CCD图象传感器(17)上。
4、如权利要求1所述的亚微米光刻机调焦装置，其特征在于所需目标位置由计算机(24)键盘输入，再自动转送单片机(20)，单片机则根据探测到的误差量和调焦目标要求计算调焦偏离量，驱动调焦执行机构动作。
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