專利名稱：亞微米光刻機(jī)的調(diào)焦裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種亞微米光刻機(jī)的調(diào)焦裝置，屬于光刻機(jī)自動(dòng)調(diào)焦和光電探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
隨著微電子技術(shù)向更高集成度超微細(xì)化方向發(fā)展，要求光刻線條越來越細(xì)，而光刻機(jī)光刻分辨力的提高依賴于其光刻物鏡數(shù)值孔徑NA的增大和工作波長(zhǎng)的減小，由于NA增大和波長(zhǎng)的減小，一方面帶來焦深因此而減小，亞微米光刻物鏡成像實(shí)際焦深已小到1.8微米；另一方面由于NA增大帶來物鏡的結(jié)構(gòu)變得十分復(fù)雜，重量也達(dá)60公斤以上。而已有光刻機(jī)的自動(dòng)調(diào)焦裝置，其工作原理是被刻物體(如硅片)在完成整場(chǎng)調(diào)平后，然后進(jìn)行調(diào)焦誤差探測(cè)，光電探測(cè)系統(tǒng)的四象限接收器獲得并輸出誤差信號(hào)，信號(hào)不為零時(shí)，被刻物體視為離焦?fàn)顟B(tài)，在調(diào)焦機(jī)構(gòu)片簧的引導(dǎo)下，驅(qū)動(dòng)物鏡和光電探測(cè)系統(tǒng)整體作上下移動(dòng)，使誤差輸出信號(hào)為零，被刻物體處于焦面位置。這種裝置在使用中存在不足之處是1)因光刻物鏡的復(fù)雜化，重量大大增加，已難以用幾組片簧固定導(dǎo)向，以及伺服控制重量很大的光刻物鏡和光電探測(cè)系統(tǒng)整體。
2)由于半導(dǎo)體平面工藝本身需要占1.6微米有效焦深，被光刻物體的不平度等要占用一定焦深，再加上原自動(dòng)調(diào)焦精度低，只能達(dá)到0.3～0.5微米，這幾項(xiàng)之和已超出前面所述的亞微米物鏡實(shí)際焦深，調(diào)焦精度太低滿足不了光刻要求。
3)光刻機(jī)無法根據(jù)工藝需要進(jìn)行預(yù)定焦面偏置可編程光刻。
本實(shí)用新型的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，而提供一種亞微米光刻機(jī)的調(diào)焦裝置，可編程，大范圍，高精度，快速度調(diào)焦，滿足光刻機(jī)自動(dòng)調(diào)焦需要。
本實(shí)用新型的目的可通過以下措施來達(dá)到標(biāo)記成像光經(jīng)被刻物體、小物鏡、反射鏡后，由分光鏡分為兩路，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圖象傳感器上，兩路輸出離焦信號(hào)經(jīng)處理后都送入單片機(jī)，根據(jù)加入的偏置量，控制壓電陶瓷分別作大位移或微位移移動(dòng)，從而推動(dòng)柔性鉸鏈，帶動(dòng)被刻物體達(dá)到物鏡要求的目標(biāo)焦面位置。
本實(shí)用新型的目的還可通過以下措施來達(dá)到柔性鉸鏈位于承片臺(tái)與工件臺(tái)之間，壓電陶瓷與柔性鉸鏈下端平板支座剛性固定連接，其伸縮頭頂緊調(diào)焦柔性鉸鏈的上端平板右側(cè)面；經(jīng)分光后的一路透射光經(jīng)過柱面鏡再放大后，成像于CCD圖像傳感器上；所需目標(biāo)位置由計(jì)算機(jī)鍵盤輸入，轉(zhuǎn)送單片機(jī)，與接收到的誤差量作相減運(yùn)算，再驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。


圖1為本實(shí)用新型調(diào)焦執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本實(shí)用新型光電探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本實(shí)用新型信號(hào)處理控制原理圖。
下面本實(shí)用新型將結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳述如圖1所示被刻物體(1)由真空吸附在裝有調(diào)平系統(tǒng)的承片臺(tái)(2)上，承片臺(tái)(2)與調(diào)焦柔性鉸鏈(3)的上端平板相連接，柔性鉸鏈(3)下端平板與工作臺(tái)(5)相連接，壓電陶瓷(4)的與柔性鉸鏈(3)下端平板的向上彎轉(zhuǎn)支座剛性固定連接，壓電陶瓷(4)的伸縮頭頂緊(有預(yù)頂力)調(diào)焦柔性鉸鏈(3)的上端平板右側(cè)面。柔性鉸鏈(3)位于承片臺(tái)(2)與工件臺(tái)(5)之間，壓電陶瓷(4)與柔性鉸鏈(3)下端平板支座剛性固定連接，其伸縮頭頂緊調(diào)焦柔性鉸鏈(3)的上端平板右側(cè)面，壓電陶瓷(4)由兩路離焦信號(hào)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)壓電陶瓷(4)加減載電壓時(shí)，伸縮頭就產(chǎn)生伸縮，從而推動(dòng)柔性鉸鏈(3)兩臂繞下端轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)承片臺(tái)(2)上被刻物體(1)作上下平動(dòng)，直到主機(jī)物鏡(11)要求的目標(biāo)焦面位置。
如圖2所示調(diào)焦探測(cè)照明光從光纖(6)射出，經(jīng)聚光透鏡(7)、標(biāo)記(8)、反射鏡(9)和小物鏡(10)，使標(biāo)記(8)成像于被刻物體(1)上，標(biāo)記(8)的成像光經(jīng)被刻物體(1)、小物鏡(12)、反射鏡(13)后，由分光鏡(14)分為兩路，一路反射光束成像于四象限接收器(15)上，另一路透射光束經(jīng)柱面透鏡(16)再次單方向放大成像于面陣CCD圖象傳感器(17)上。經(jīng)四象限接收器(15)接收的離焦信號(hào)，由于光學(xué)系統(tǒng)放大倍率低，可探測(cè)離焦范圍大，經(jīng)CCD圖象傳感器(17)接收的含離焦的圖象信號(hào)，由于光學(xué)系統(tǒng)再次放大，可探測(cè)離焦范圍減小，而探測(cè)精度大大提高。
如圖3所示由四象限接收器(15)接收的離焦信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大處理(18)和A/D轉(zhuǎn)換器(19)送入單片機(jī)(20)。由CCD圖象傳感器(17)接收的圖象信號(hào)通過離焦信號(hào)提取處理(23)，也送入單片機(jī)(20)。根據(jù)需要加入的目標(biāo)偏置量，單片機(jī)(20)在接到光刻機(jī)主計(jì)算機(jī)(24)的自動(dòng)調(diào)焦(包括含偏置調(diào)焦)啟動(dòng)命令后，首先啟動(dòng)由四象限接收器(15)接收離焦信息的粗調(diào)焦系統(tǒng)工作，根據(jù)離焦信號(hào)，通過D/A轉(zhuǎn)換器(21)和高壓放大器(22)，驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷(4)作大步移動(dòng)，從而推動(dòng)柔性鉸鏈(3)兩臂繞下端轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)被刻物體(1)移動(dòng)到粗調(diào)焦誤差范圍內(nèi)，單片機(jī)(20)根據(jù)從CCD采集的圖象中提取的離焦信號(hào)，確定被刻物體(1)所處的精確位置，并計(jì)算與目標(biāo)位置(含使用者需要的調(diào)焦偏置)的偏離量，通過D/A轉(zhuǎn)換器(21)和高壓放大(22)，控制壓電陶瓷(4)驅(qū)動(dòng)被刻物體(1)，到主機(jī)物鏡(11)要求的目標(biāo)焦面精確位置為止。
本實(shí)用新型相比已有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1．調(diào)焦機(jī)構(gòu)采用柔性鉸鏈(3)，并驅(qū)動(dòng)重量較輕的被光刻物體(1)作調(diào)焦移動(dòng)，具有移動(dòng)中無偏擺，系統(tǒng)慣性小的優(yōu)點(diǎn)，而且采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，具有靈敏度高、響應(yīng)快，大大提高調(diào)焦速度的特點(diǎn)。
2．半透半反分光鏡(14)將光路分成粗精兩路，粗的一種用四象限接收器(15)接收，滿足大范圍調(diào)焦要求，范圍達(dá)到250微米以上。然后由單片機(jī)(20)自動(dòng)切換到CCD圖象傳感器(17)探測(cè)接收調(diào)焦，滿足高精度調(diào)焦要求。粗精兩路探測(cè)的應(yīng)用，使調(diào)焦大范圍和高精度都同時(shí)達(dá)到要求。調(diào)焦位置可在正負(fù)10微米內(nèi)任意偏置，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)可編程偏置自動(dòng)調(diào)焦，有利于各工藝層光刻，用戶使用靈活方便。
3．高精度調(diào)焦探測(cè)中，由于引入了柱面放大系統(tǒng)(16)，不僅提高了調(diào)焦精度，精度優(yōu)于0.1微米，而且加大了離焦信號(hào)采集區(qū)，可最大限度地綜合器件電路圖形有關(guān)區(qū)域的地形，克服某些不利地形的影響，大大提高了信號(hào)提取穩(wěn)定性和工藝適應(yīng)性。
4．由于精探測(cè)接收采用CCD圖象傳感器(17)，提取的離焦量為數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)(20)可與使用者送入的偏置量作相減運(yùn)算，運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)調(diào)焦執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因而能由計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)可編程預(yù)定焦面自動(dòng)調(diào)焦，方便用戶使用。
權(quán)利要求1.亞微米光刻機(jī)的調(diào)焦裝置，照明光從光纖(6)射出，經(jīng)聚光透鏡(7)、標(biāo)記(8)、反射鏡(9)和小物鏡(10)成像于被刻物體(1)上，光線經(jīng)被刻物體(1)、小物鏡(12)、反射鏡(13)后，由四象限接收器(15)接收，其輸出的離焦信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大處理(18)和A/D轉(zhuǎn)換器(19)送入單片機(jī)(20)，由光刻機(jī)控制驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)(5)與承片臺(tái)(2)之間的調(diào)焦執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，調(diào)整承片臺(tái)(2)上的被刻物體(1)處于主機(jī)物鏡(11)要求的目標(biāo)焦面位置，其特征在于標(biāo)記(8)的成像光經(jīng)被刻物體(1)、小物鏡(12)、反射鏡(13)，再由分光鏡(14)分為兩路，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圖象傳感器(17)上，兩路輸出離焦信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理后都送入單片機(jī)(20)，根據(jù)需要加入的目標(biāo)偏置量，由主計(jì)算機(jī)(24)和單片機(jī)(20)自動(dòng)控制壓電陶瓷(4)分別作大位移或微位移移動(dòng)，從而推動(dòng)柔性鉸鏈(3)兩臂繞下端轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)被刻物體(1)作上下平動(dòng)，達(dá)到主機(jī)物鏡(11)要求的目標(biāo)焦面精確位置。
2.如權(quán)利要求1所述的亞微米光刻機(jī)調(diào)焦裝置，其特征在于柔性鉸鏈(3)位于承片臺(tái)(2)與工件臺(tái)(5)之間，壓電陶瓷(4)與柔性鉸鏈(3)下端平板支座剛性固定連接，其伸縮頭頂緊調(diào)焦柔性鉸鏈(3)的上端平板右側(cè)面，壓電陶瓷(4)由兩路離焦信號(hào)驅(qū)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的亞微米光刻機(jī)調(diào)焦裝置，其特征在于經(jīng)分光鏡(14)后的一路透射光，經(jīng)過柱面鏡(16)再放大后成像于CCD圖象傳感器(17)上。
4.如權(quán)利要求1所述的亞微米光刻機(jī)調(diào)焦裝置，其特征在于所需目標(biāo)位置由計(jì)算機(jī)(24)鍵盤輸入，再自動(dòng)轉(zhuǎn)送單片機(jī)(20)，單片機(jī)則根據(jù)探測(cè)到的誤差量和調(diào)焦目標(biāo)要求計(jì)算調(diào)焦偏離量，驅(qū)動(dòng)調(diào)焦執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
專利摘要亞微米光刻機(jī)調(diào)焦裝置，屬于光刻機(jī)自動(dòng)調(diào)焦和光學(xué)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。其特征為標(biāo)記的成像光經(jīng)被刻物體、小物鏡、反射鏡，由分光鏡分為兩種，一路反射成像于四象限接收器，另一路透射經(jīng)柱面鏡成像于CCD圖象傳感器，兩路輸出離焦信號(hào)和目標(biāo)偏置量送入單片機(jī)，控制壓電陶瓷推動(dòng)柔性鉸鏈，帶動(dòng)被刻物體作大位移或微位移移動(dòng)，達(dá)到目標(biāo)焦面位置。具有調(diào)焦慣量小，速度快，范圍大，精度高(優(yōu)于0.1微米)，可編程的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G03F7/207GK2352976SQ9822944
公開日1999年12月8日 申請(qǐng)日期1998年9月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月3日
發(fā)明者陳旭南, 胡松, 李 東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所