用于晶片重叠测量的片上传感器的制作方法

本公开涉及例如用于光刻装置和系统的传感器装置和系统。

背景技术：

1、光刻装置是被构造为将期望图案施加到衬底上的机器。光刻装置可以用于例如集成电路(ic)的制造。光刻装置可以例如将图案形成装置(例如，掩模、掩模版)的图案投影到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。

2、为了将图案投影在衬底上，光刻装置可以使用电磁辐射。该辐射的波长确定可以在衬底上形成的特征的最小尺寸。与使用例如波长为193nm的辐射的光刻装置相比，使用波长在范围4nm至20nm内(例如，6.7nm或13.5nm)的极紫外(euv)辐射的光刻装置可以用于在衬底上形成更小的特征。

3、为了控制光刻工艺将设备特征准确放置在衬底上，通常在例如衬底上设置一个或多个衍射目标(即，对准标记)，并且光刻装置包括一个或多个重叠传感器，通过该一个或多个重叠传感器，可以利用衍射目标(即，基于微衍射的重叠)基于每个晶片上不同的堆叠厚度、材料和/或工艺(即，工艺变化)来准确测量重叠误差(即，由于传感器之间的相互作用)或过程精度误差(opae)。

4、由于可以在同一共用平台上实现数百个传感器，所以自对准和紧凑型系统可以提供改进的准确性、成本效率和可扩展性。部件(例如，照射源、光纤、反射镜、透镜、波导、检测器、处理器等)的集成可以提供用于测量衬底上对准标记的特定特点(例如，重叠等)的小型化传感器。附加地，可以通过多个传感器(例如，传感器阵列)研究同一衬底的多个对准标记，并且可以同时或实时进行不同测量。

5、因而，需要补偿传感器装置和系统的变化，并且提供覆盖区减小且自对准的紧凑型传感器，该传感器具有可扩展性并且能够测量基于微衍射的重叠。

技术实现思路

1、在一些实施例中，一种传感器装置包括传感器芯片、照射系统、第一光学系统、第二光学系统和检测器系统。传感器芯片包括第一侧和与第一侧相对的第二侧。照射系统耦合到传感器芯片并且被配置为沿着照射路径透射照射光束。第一光学系统耦合到传感器芯片并且包括第一集成光学配置，以配置照射光束并且将照射光束朝向衬底上的衍射目标透射，衍射目标与传感器芯片相邻设置并且生成信号光束，该信号光束包括从衍射目标生成的衍射级子光束。第二光学系统耦合到传感器芯片并且包括第二集成光学配置以收集信号光束，并且将信号光束从传感器芯片的第一侧向第二侧透射。检测器系统被配置为基于由第二光学系统透射的信号光束来测量衍射目标的特点。

2、在一些实施例中，衍射目标的特点为重叠测量。

3、在一些实施例中，照射系统包括光纤，该光纤设置在传感器芯片上并且耦合到第一光学系统。例如，光纤可以包括光子晶体光纤。在一些实施例中，照射系统可以包括从外部源耦合的自由空间或直接耦合到传感器芯片的片上源。

4、在一些实施例中，第一集成光学配置包括反射镜和设置在传感器芯片的第一侧上的集成波导。例如，集成波导可以包括光子晶体波导。在一些实施例中，反射镜包括基于微机电系统的致动器，该基于微机电系统的致动器被配置为将照射光束聚焦到衍射目标上。在一些实施例中，光子晶体波导包括与光子晶体光纤相同的带隙。在一些实施例中，照射光束的波长为约400nm至约2000nm。

5、在一些实施例中，照射系统包括多个光纤或光源，该多个光纤或光源耦合到传感器芯片并且耦合到包括多个波导的第一光学系统。例如，多个光纤或光源可以包括多个光子晶体光纤。例如，多个波导可以包括多个光子晶体波导。在一些实施例中，多个光纤或光源以及多个波导相对于彼此对称布置并且被配置为将照射光束聚焦到衍射目标上。例如，多个光纤或光源可以包括多个光子晶体光纤并且多个波导可以包括多个光子晶体波导。

6、在一些实施例中，传感器芯片的第一侧的面积不大于约5mm乘以5mm。

7、在一些实施例中，第二集成光学配置包括负透镜、正透镜、元透镜或通孔。在一些实施例中，元透镜是平面菲涅耳透镜。在一些实施例中，元透镜是纳米结构表面透镜。

8、在一些实施例中，检测器系统包括第一检测器、第二检测器、波长滤波器和聚焦光学器件。在一些实施例中，第一检测器被配置为检测信号光束的从约700nm至约2000nm的红外范围，第二检测器被配置为检测信号光束的从约10nm至约700nm的紫外可见范围。在一些实施例中，第二检测器被配置为检测信号光束的从约10nm至约2000nm的紫外可见和红外范围。

9、在一些实施例中，照射系统、第一光学系统和第二光学系统集成在同一衬底上。例如，照射系统、第一光学系统和第二光学系统可以集成在传感器芯片上。

10、在一些实施例中，一种检测系统包括多个传感器和处理器。多个传感器相对于彼此对称布置并且设置在衬底上的多个衍射目标上方。每个传感器包括传感器芯片、照射系统、第一光学系统、第二光学系统和检测器系统。传感器芯片包括第一侧和与第一侧相对的第二侧。照射系统耦合到传感器芯片并且被配置为沿着照射路径透射照射光束。第一光学系统耦合到传感器芯片并且包括第一集成光学配置以配置照射光束并且将照射光束朝向衬底上的衍射目标透射，衍射目标与传感器芯片相邻设置并且生成信号光束，该信号光束包括从衍射目标生成的衍射级子光束。第二光学系统耦合到传感器芯片并且包括第二集成光学配置以收集信号光束，并且将信号光束从传感器芯片的第一侧向第二侧透射。检测器系统被配置为基于由第二光学系统透射的信号光束来测量衍射目标的特点。处理器耦合到每个传感器并且被配置为基于衬底上的多个衍射目标中的每个衍射目标的特点来确定处理误差。

11、在一些实施例中，衍射目标的特点为重叠测量。

12、在一些实施例中，每个检测器系统同时测量衬底上的多个衍射目标的特点。在一些实施例中，多个传感器集成在共用平台上。在一些实施例中，处理器经由光纤耦合到每个传感器。

13、在一些实施例中，一种用于校正处理误差的方法包括：通过多个传感器测量衬底上的多个衍射目标的特点。每个传感器包括传感器芯片、照射系统、第一光学系统、第二光学系统和检测器系统。传感器芯片包括第一侧和与第一侧相对的第二侧。照射系统耦合到传感器芯片并且被配置为沿着照射路径透射照射光束。第一光学系统耦合到传感器芯片并且包括第一集成光学配置，以配置照射光束并且将照射光束朝向衬底上的衍射目标透射，衍射目标与传感器芯片相邻设置，并且沿着信号路径生成信号光束，该信号光束包括从衍射目标生成的衍射级子光束。第二光学系统耦合到传感器芯片并且包括第二集成光学配置以收集信号光束，并且将信号光束从传感器芯片的第一侧向第二侧透射。检测器系统被配置为基于由第二光学系统透射的信号光束来测量衍射目标的特点。在一些实施例中，该方法还包括：通过耦合到每个传感器的处理器确定每个衍射目标的特点。在一些实施例中，该方法还包括：基于每个衍射目标的特点来校正光刻装置、传感器或衬底的处理误差。

14、在一些实施例中，测量衬底上的多个衍射目标的特点同时发生。在一些实施例中，该方法还包括：将第一集成光学配置调整到衍射目标上的离焦位置。在一些实施例中，第一集成光学配置包括基于微机电系统的可调整反射镜，该反射镜被配置为将照射光束朝向衍射目标聚焦。

15、在一些实施例中，一种光刻装置包括照射系统、投影系统和传感器装置。照射系统被配置为照射图案形成装置。投影系统被配置为将图案形成装置的图像投影到衬底上。传感器装置被配置为测量衬底上的衍射目标的特点。传感器装置包括传感器芯片、第二照射系统、第一光学系统、第二光学系统和检测器系统。传感器芯片包括第一侧和与第一侧相对的第二侧。第二照射系统耦合到传感器芯片并且被配置为沿着照射路径透射照射光束。第一光学系统耦合到传感器芯片并且包括第一集成光学配置以配置照射光束并且将照射光束朝向衬底上的衍射目标透射，衍射目标与传感器芯片相邻设置并且生成信号光束，该信号光束包括从衍射目标生成的衍射级子光束。第二光学系统耦合到传感器芯片并且包括第二集成光学配置以收集信号光束，并且将信号光束从传感器芯片的第一侧向第二侧透射。检测器系统被配置为基于由第二光学系统透射的信号光束来测量衍射目标的特点。

16、在一些实施例中，衍射目标的特点为重叠测量。在一些实施例中，传感器芯片的第一侧的面积不大于约5mm乘以5mm。在一些实施例中，传感器装置包括多个传感器，该多个传感器相对于彼此对称布置并且设置在衬底上的多个衍射目标上方。在一些实施例中，每个传感器同时测量衬底上的多个衍射目标的特点。

17、下文参考附图对本发明的其他特征和优点以及本发明的各个实施例的结构和操作进行详细描述。应当指出，本发明不限于本文中所描述的特定实施例。这些实施例在本文中仅出于说明性目的而呈现。基于本文中所包含的教导，其他实施例对于相关领域的技术人员将是显而易见的。