[發明專利]具有差動對的電容式感測系統

在審

• 申請號: 201511036369.9
• 申請日: 2010-12-29
• 公開（公告）號: CN108151773A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: G·德波爾;J·J·J·范巴爾;K·P·帕德耶;R·莫賽爾;N·弗吉爾;S·W·H·K·斯廷布林克
• 申請（專利權）人: 邁普爾平版印刷IP有限公司
• 主分類號: G01D5/241
• 分類號: G01D5/241;G01D3/036;G01B7/02;G03F9/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 高巍

本發明提供一種電容式感測系統，包括兩個或更多個電容式傳感器(30a、30b)、用于供電給該電容式傳感器的一個或多個AC電源(306a、306b)、以及用于處理來自傳感器的信號的信號處理電路。這些傳感器被布置成對，其中一個或多個AC電源被配置成以交流電流(307)或電壓供電給一對傳感器中的第一傳感器，該交流電流或電壓與供給該對傳感器中的第二傳感器的電流或電壓相位相差180度，且其中一對傳感器提供針對單一測量距離數值的測量單元，該信號處理電路從該對傳感器中的每一傳感器接收輸出信號，并產生有關于該對傳感器與靶材(9)間的平均距離的測量數值。

本申請是申請日為2010年12月29日、申請號為201080065050.8、發 明名稱為“具有差動對的電容式感測系統”的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種用于測量距離的電容式傳感器(capacitive sensor)，特別 是用于在光刻設備(lithography apparatus)中測量距靶材(target)的距離的電容 式傳感器。

背景技術

帶電微粒以及光學光刻機器和檢查機器(inspection machine)用于將圖 案曝顯于晶圓和其他靶材之上，這典型地是半導體裝置制造流程的一部分。 在光刻系統之中，通常藉由光刻機器所發出的光學或微粒曝光射束針對晶圓 的多個位置進行曝光。晶圓通常置放在晶圓固定臺上，且典型地藉由控制該 晶圓固定臺相對于固定的電子/光學柱體的平移而實現上述的多重曝光。這些 曝光通常在晶圓的表面連續執行。

待進行曝光的晶圓表面幾乎絕不會是完全平整的。典型的晶圓在未箝制 到晶圓固定臺的情形下可以在其中具有高達50微米的彎曲。除了上述的晶 圓彎曲之外，晶圓表面可能具有其他不均勻性在其表面上。這些晶圓彎曲和 其他不均勻性在晶圓表面造成高度上的變化。為了達到最新光刻機器所需的 極高精確度，必須矯正這種高度上的變化以將被曝光的晶圓表面維持于用于 將上述光學或微粒曝光射束聚焦至晶圓上的投射透鏡(projection lens)的焦面 (focal plane)之中。

支承晶圓的晶圓固定臺可以被調整，以補償晶圓表面的高度上的變化。 可以改變晶圓固定臺的高度，以將待曝光的晶圓表面調整至投射透鏡的焦面 上。晶圓固定臺高度的控制可以利用從測量晶圓表面高度(例如，投射透鏡 與晶圓表面間的距離)的傳感器發送的信號來實現。需要高度靈敏的傳感器， 以確保能以最新光刻機器所要求的極度精確性進行晶圓位置的正確控制。已 有許多不同種類的傳感器被使用于此類應用，包括電容式探針。然而，現有 的電容式探針以及相關的測量及控制系統均受制于一些缺點。

現有的電容式傳感器其高度及傳感器面積通常很大。圖1A及圖1B顯 示現有技術電容式傳感器的結構。圖1A顯示截面圖，而圖1B則顯示該傳 感器探針的端視圖。導電感測電極2被導電防護電極3環繞。絕緣層4分隔 這兩個電極，另一絕緣層5可用于將防護電極3與外殼6隔離。電纜線7和 連接器8將該傳感器連接至信號處理系統，以得到所需的最終測量信號。該 傳感器的工作范圍取決于感測電極2之下的感測面積。防護電極3被設成與 感測電極同一電位，以將電場限制在感測面積之內，而在感測電極2和靶材 9之間產生相當均勻的電場。此種結構導致傳感器相當高，通常為大約20 毫米的高度，還導致感測電極相當大。

相當大的傳感器高度及寬度使得該傳感器的位置需要相當程度地遠離 投射透鏡，因此將由于制造公差和熱膨脹導致的傳感器與投射透鏡間的相對 位置的變化而產生誤差。現有電容式探針的相當大的尺寸同時還使得多傳感 器配置中的各個傳感器彼此分隔遙遠，因而降低感測系統的空間分辨率，致 使晶圓表面上發生于小區域上的不均勻性難以被偵測出來。此過寬的間隔還 造成較為緩慢的測量處理，從而降低使用此類系統的光刻機器的生產量。