[发明专利]具有差动对的电容式感测系统

说明书

本发明提供一种电容式感测系统，包括两个或更多个电容式传感器(30a、30b)、用于供电给该电容式传感器的一个或多个AC电源(306a、306b)、以及用于处理来自传感器的信号的信号处理电路。这些传感器被布置成对，其中一个或多个AC电源被配置成以交流电流(307)或电压供电给一对传感器中的第一传感器，该交流电流或电压与供给该对传感器中的第二传感器的电流或电压相位相差180度，且其中一对传感器提供针对单一测量距离数值的测量单元，该信号处理电路从该对传感器中的每一传感器接收输出信号，并产生有关于该对传感器与靶材(9)间的平均距离的测量数值。

本申请是申请日为2010年12月29日、申请号为201080065050.8、发 明名称为“具有差动对的电容式感测系统”的专利申请的分案申请。

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)，特别 是用于在光刻设备(lithography apparatus)中测量距靶材(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(inspection machine)用于将图 案曝显于晶圆和其他靶材之上，这典型地是半导体装置制造流程的一部分。 在光刻系统之中，通常藉由光刻机器所发出的光学或微粒曝光射束针对晶圆 的多个位置进行曝光。晶圆通常置放在晶圆固定台上，且典型地藉由控制该 晶圆固定台相对于固定的电子/光学柱体的平移而实现上述的多重曝光。这些 曝光通常在晶圆的表面连续执行。

待进行曝光的晶圆表面几乎绝不会是完全平整的。典型的晶圆在未箝制 到晶圆固定台的情形下可以在其中具有高达50微米的弯曲。除了上述的晶 圆弯曲之外，晶圆表面可能具有其他不均匀性在其表面上。这些晶圆弯曲和 其他不均匀性在晶圆表面造成高度上的变化。为了达到最新光刻机器所需的 极高精确度，必须矫正这种高度上的变化以将被曝光的晶圆表面维持于用于 将上述光学或微粒曝光射束聚焦至晶圆上的投射透镜(projection lens)的焦面 (focal plane)之中。

支承晶圆的晶圆固定台可以被调整，以补偿晶圆表面的高度上的变化。 可以改变晶圆固定台的高度，以将待曝光的晶圆表面调整至投射透镜的焦面 上。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，投射透镜 与晶圆表面间的距离)的传感器发送的信号来实现。需要高度灵敏的传感器， 以确保能以最新光刻机器所要求的极度精确性进行晶圆位置的正确控制。已 有许多不同种类的传感器被使用于此类应用，包括电容式探针。然而，现有 的电容式探针以及相关的测量及控制系统均受制于一些缺点。

现有的电容式传感器其高度及传感器面积通常很大。图1A及图1B显 示现有技术电容式传感器的结构。图1A显示截面图，而图1B则显示该传 感器探针的端视图。导电感测电极2被导电防护电极3环绕。绝缘层4分隔 这两个电极，另一绝缘层5可用于将防护电极3与外壳6隔离。电缆线7和 连接器8将该传感器连接至信号处理系统，以得到所需的最终测量信号。该 传感器的工作范围取决于感测电极2之下的感测面积。防护电极3被设成与 感测电极同一电位，以将电场限制在感测面积之内，而在感测电极2和靶材 9之间产生相当均匀的电场。此种结构导致传感器相当高，通常为大约20 毫米的高度，还导致感测电极相当大。

相当大的传感器高度及宽度使得该传感器的位置需要相当程度地远离 投射透镜，因此将由于制造公差和热膨胀导致的传感器与投射透镜间的相对 位置的变化而产生误差。现有电容式探针的相当大的尺寸同时还使得多传感 器配置中的各个传感器彼此分隔遥远，因而降低感测系统的空间分辨率，致 使晶圆表面上发生于小区域上的不均匀性难以被侦测出来。此过宽的间隔还 造成较为缓慢的测量处理，从而降低使用此类系统的光刻机器的生产量。