本公開(kāi)涉及例如用于光刻裝置和系統(tǒng)的傳感器裝置和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、光刻裝置是被構(gòu)造為將期望圖案施加到襯底上的機(jī)器。光刻裝置可以用于例如集成電路(ic)的制造。光刻裝置可以例如將圖案形成裝置(例如，掩模、掩模版)的圖案投影到設(shè)置在襯底上的輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。

2、為了將圖案投影在襯底上，光刻裝置可以使用電磁輻射。該輻射的波長(zhǎng)確定可以在襯底上形成的特征的最小尺寸。與使用例如波長(zhǎng)為193nm的輻射的光刻裝置相比，使用波長(zhǎng)在范圍4nm至20nm內(nèi)(例如，6.7nm或13.5nm)的極紫外(euv)輻射的光刻裝置可以用于在襯底上形成更小的特征。

3、為了控制光刻工藝將設(shè)備特征準(zhǔn)確放置在襯底上，通常在例如襯底上設(shè)置一個(gè)或多個(gè)衍射目標(biāo)(即，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記)，并且光刻裝置包括一個(gè)或多個(gè)重疊傳感器，通過(guò)該一個(gè)或多個(gè)重疊傳感器，可以利用衍射目標(biāo)(即，基于微衍射的重疊)基于每個(gè)晶片上不同的堆疊厚度、材料和/或工藝(即，工藝變化)來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量重疊誤差(即，由于傳感器之間的相互作用)或過(guò)程精度誤差(opae)。

4、由于可以在同一共用平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)數(shù)百個(gè)傳感器，所以自對(duì)準(zhǔn)和緊湊型系統(tǒng)可以提供改進(jìn)的準(zhǔn)確性、成本效率和可擴(kuò)展性。部件(例如，照射源、光纖、反射鏡、透鏡、波導(dǎo)、檢測(cè)器、處理器等)的集成可以提供用于測(cè)量襯底上對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的特定特點(diǎn)(例如，重疊等)的小型化傳感器。附加地，可以通過(guò)多個(gè)傳感器(例如，傳感器陣列)研究同一襯底的多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，并且可以同時(shí)或?qū)崟r(shí)進(jìn)行不同測(cè)量。

5、因而，需要補(bǔ)償傳感器裝置和系統(tǒng)的變化，并且提供覆蓋區(qū)減小且自對(duì)準(zhǔn)的緊湊型傳感器，該傳感器具有可擴(kuò)展性并且能夠測(cè)量基于微衍射的重疊。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在一些實(shí)施例中，一種傳感器裝置包括傳感器芯片、照射系統(tǒng)、第一光學(xué)系統(tǒng)、第二光學(xué)系統(tǒng)和檢測(cè)器系統(tǒng)。傳感器芯片包括第一側(cè)和與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)。照射系統(tǒng)耦合到傳感器芯片并且被配置為沿著照射路徑透射照射光束。第一光學(xué)系統(tǒng)耦合到傳感器芯片并且包括第一集成光學(xué)配置，以配置照射光束并且將照射光束朝向襯底上的衍射目標(biāo)透射，衍射目標(biāo)與傳感器芯片相鄰設(shè)置并且生成信號(hào)光束，該信號(hào)光束包括從衍射目標(biāo)生成的衍射級(jí)子光束。第二光學(xué)系統(tǒng)耦合到傳感器芯片并且包括第二集成光學(xué)配置以收集信號(hào)光束，并且將信號(hào)光束從傳感器芯片的第一側(cè)向第二側(cè)透射。檢測(cè)器系統(tǒng)被配置為基于由第二光學(xué)系統(tǒng)透射的信號(hào)光束來(lái)測(cè)量衍射目標(biāo)的特點(diǎn)。

2、在一些實(shí)施例中，衍射目標(biāo)的特點(diǎn)為重疊測(cè)量。

3、在一些實(shí)施例中，照射系統(tǒng)包括光纖，該光纖設(shè)置在傳感器芯片上并且耦合到第一光學(xué)系統(tǒng)。例如，光纖可以包括光子晶體光纖。在一些實(shí)施例中，照射系統(tǒng)可以包括從外部源耦合的自由空間或直接耦合到傳感器芯片的片上源。

4、在一些實(shí)施例中，第一集成光學(xué)配置包括反射鏡和設(shè)置在傳感器芯片的第一側(cè)上的集成波導(dǎo)。例如，集成波導(dǎo)可以包括光子晶體波導(dǎo)。在一些實(shí)施例中，反射鏡包括基于微機(jī)電系統(tǒng)的致動(dòng)器，該基于微機(jī)電系統(tǒng)的致動(dòng)器被配置為將照射光束聚焦到衍射目標(biāo)上。在一些實(shí)施例中，光子晶體波導(dǎo)包括與光子晶體光纖相同的帶隙。在一些實(shí)施例中，照射光束的波長(zhǎng)為約400nm至約2000nm。

5、在一些實(shí)施例中，照射系統(tǒng)包括多個(gè)光纖或光源，該多個(gè)光纖或光源耦合到傳感器芯片并且耦合到包括多個(gè)波導(dǎo)的第一光學(xué)系統(tǒng)。例如，多個(gè)光纖或光源可以包括多個(gè)光子晶體光纖。例如，多個(gè)波導(dǎo)可以包括多個(gè)光子晶體波導(dǎo)。在一些實(shí)施例中，多個(gè)光纖或光源以及多個(gè)波導(dǎo)相對(duì)于彼此對(duì)稱(chēng)布置并且被配置為將照射光束聚焦到衍射目標(biāo)上。例如，多個(gè)光纖或光源可以包括多個(gè)光子晶體光纖并且多個(gè)波導(dǎo)可以包括多個(gè)光子晶體波導(dǎo)。

6、在一些實(shí)施例中，傳感器芯片的第一側(cè)的面積不大于約5mm乘以5mm。

7、在一些實(shí)施例中，第二集成光學(xué)配置包括負(fù)透鏡、正透鏡、元透鏡或通孔。在一些實(shí)施例中，元透鏡是平面菲涅耳透鏡。在一些實(shí)施例中，元透鏡是納米結(jié)構(gòu)表面透鏡。

8、在一些實(shí)施例中，檢測(cè)器系統(tǒng)包括第一檢測(cè)器、第二檢測(cè)器、波長(zhǎng)濾波器和聚焦光學(xué)器件。在一些實(shí)施例中，第一檢測(cè)器被配置為檢測(cè)信號(hào)光束的從約700nm至約2000nm的紅外范圍，第二檢測(cè)器被配置為檢測(cè)信號(hào)光束的從約10nm至約700nm的紫外可見(jiàn)范圍。在一些實(shí)施例中，第二檢測(cè)器被配置為檢測(cè)信號(hào)光束的從約10nm至約2000nm的紫外可見(jiàn)和紅外范圍。

9、在一些實(shí)施例中，照射系統(tǒng)、第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)集成在同一襯底上。例如，照射系統(tǒng)、第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)可以集成在傳感器芯片上。

10、在一些實(shí)施例中，一種檢測(cè)系統(tǒng)包括多個(gè)傳感器和處理器。多個(gè)傳感器相對(duì)于彼此對(duì)稱(chēng)布置并且設(shè)置在襯底上的多個(gè)衍射目標(biāo)上方。每個(gè)傳感器包括傳感器芯片、照射系統(tǒng)、第一光學(xué)系統(tǒng)、第二光學(xué)系統(tǒng)和檢測(cè)器系統(tǒng)。傳感器芯片包括第一側(cè)和與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)。照射系統(tǒng)耦合到傳感器芯片并且被配置為沿著照射路徑透射照射光束。第一光學(xué)系統(tǒng)耦合到傳感器芯片并且包括第一集成光學(xué)配置以配置照射光束并且將照射光束朝向襯底上的衍射目標(biāo)透射，衍射目標(biāo)與傳感器芯片相鄰設(shè)置并且生成信號(hào)光束，該信號(hào)光束包括從衍射目標(biāo)生成的衍射級(jí)子光束。第二光學(xué)系統(tǒng)耦合到傳感器芯片并且包括第二集成光學(xué)配置以收集信號(hào)光束，并且將信號(hào)光束從傳感器芯片的第一側(cè)向第二側(cè)透射。檢測(cè)器系統(tǒng)被配置為基于由第二光學(xué)系統(tǒng)透射的信號(hào)光束來(lái)測(cè)量衍射目標(biāo)的特點(diǎn)。處理器耦合到每個(gè)傳感器并且被配置為基于襯底上的多個(gè)衍射目標(biāo)中的每個(gè)衍射目標(biāo)的特點(diǎn)來(lái)確定處理誤差。

11、在一些實(shí)施例中，衍射目標(biāo)的特點(diǎn)為重疊測(cè)量。

12、在一些實(shí)施例中，每個(gè)檢測(cè)器系統(tǒng)同時(shí)測(cè)量襯底上的多個(gè)衍射目標(biāo)的特點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，多個(gè)傳感器集成在共用平臺(tái)上。在一些實(shí)施例中，處理器經(jīng)由光纖耦合到每個(gè)傳感器。

13、在一些實(shí)施例中，一種用于校正處理誤差的方法包括：通過(guò)多個(gè)傳感器測(cè)量襯底上的多個(gè)衍射目標(biāo)的特點(diǎn)。每個(gè)傳感器包括傳感器芯片、照射系統(tǒng)、第一光學(xué)系統(tǒng)、第二光學(xué)系統(tǒng)和檢測(cè)器系統(tǒng)。傳感器芯片包括第一側(cè)和與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)。照射系統(tǒng)耦合到傳感器芯片并且被配置為沿著照射路徑透射照射光束。第一光學(xué)系統(tǒng)耦合到傳感器芯片并且包括第一集成光學(xué)配置，以配置照射光束并且將照射光束朝向襯底上的衍射目標(biāo)透射，衍射目標(biāo)與傳感器芯片相鄰設(shè)置，并且沿著信號(hào)路徑生成信號(hào)光束，該信號(hào)光束包括從衍射目標(biāo)生成的衍射級(jí)子光束。第二光學(xué)系統(tǒng)耦合到傳感器芯片并且包括第二集成光學(xué)配置以收集信號(hào)光束，并且將信號(hào)光束從傳感器芯片的第一側(cè)向第二側(cè)透射。檢測(cè)器系統(tǒng)被配置為基于由第二光學(xué)系統(tǒng)透射的信號(hào)光束來(lái)測(cè)量衍射目標(biāo)的特點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，該方法還包括：通過(guò)耦合到每個(gè)傳感器的處理器確定每個(gè)衍射目標(biāo)的特點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，該方法還包括：基于每個(gè)衍射目標(biāo)的特點(diǎn)來(lái)校正光刻裝置、傳感器或襯底的處理誤差。

14、在一些實(shí)施例中，測(cè)量襯底上的多個(gè)衍射目標(biāo)的特點(diǎn)同時(shí)發(fā)生。在一些實(shí)施例中，該方法還包括：將第一集成光學(xué)配置調(diào)整到衍射目標(biāo)上的離焦位置。在一些實(shí)施例中，第一集成光學(xué)配置包括基于微機(jī)電系統(tǒng)的可調(diào)整反射鏡，該反射鏡被配置為將照射光束朝向衍射目標(biāo)聚焦。

15、在一些實(shí)施例中，一種光刻裝置包括照射系統(tǒng)、投影系統(tǒng)和傳感器裝置。照射系統(tǒng)被配置為照射圖案形成裝置。投影系統(tǒng)被配置為將圖案形成裝置的圖像投影到襯底上。傳感器裝置被配置為測(cè)量襯底上的衍射目標(biāo)的特點(diǎn)。傳感器裝置包括傳感器芯片、第二照射系統(tǒng)、第一光學(xué)系統(tǒng)、第二光學(xué)系統(tǒng)和檢測(cè)器系統(tǒng)。傳感器芯片包括第一側(cè)和與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)。第二照射系統(tǒng)耦合到傳感器芯片并且被配置為沿著照射路徑透射照射光束。第一光學(xué)系統(tǒng)耦合到傳感器芯片并且包括第一集成光學(xué)配置以配置照射光束并且將照射光束朝向襯底上的衍射目標(biāo)透射，衍射目標(biāo)與傳感器芯片相鄰設(shè)置并且生成信號(hào)光束，該信號(hào)光束包括從衍射目標(biāo)生成的衍射級(jí)子光束。第二光學(xué)系統(tǒng)耦合到傳感器芯片并且包括第二集成光學(xué)配置以收集信號(hào)光束，并且將信號(hào)光束從傳感器芯片的第一側(cè)向第二側(cè)透射。檢測(cè)器系統(tǒng)被配置為基于由第二光學(xué)系統(tǒng)透射的信號(hào)光束來(lái)測(cè)量衍射目標(biāo)的特點(diǎn)。

16、在一些實(shí)施例中，衍射目標(biāo)的特點(diǎn)為重疊測(cè)量。在一些實(shí)施例中，傳感器芯片的第一側(cè)的面積不大于約5mm乘以5mm。在一些實(shí)施例中，傳感器裝置包括多個(gè)傳感器，該多個(gè)傳感器相對(duì)于彼此對(duì)稱(chēng)布置并且設(shè)置在襯底上的多個(gè)衍射目標(biāo)上方。在一些實(shí)施例中，每個(gè)傳感器同時(shí)測(cè)量襯底上的多個(gè)衍射目標(biāo)的特點(diǎn)。

17、下文參考附圖對(duì)本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作進(jìn)行詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明不限于本文中所描述的特定實(shí)施例。這些實(shí)施例在本文中僅出于說(shuō)明性目的而呈現(xiàn)?；诒疚闹兴慕虒?dǎo)，其他實(shí)施例對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。