CN114303100A - 用于晶片重叠测量的片上传感器 - Google Patents

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Abstract

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。照射系统耦合到传感器芯片并且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其朝向衬底上的衍射目标透射，与传感器芯片相邻设置，并且生成信号光束，该信号光束包括由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其从传感器芯片的第一侧朝向第二侧透射。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。

Description

用于晶片重叠测量的片上传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年8月29日提交的美国申请62/893,256的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
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
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。
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。
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)。
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。
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。
发明内容
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。
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，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。
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。
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。
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，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。
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。
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。
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。
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，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。
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。
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。
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。
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。
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。
附图说明
并入本文并形成说明书一部分的附图说明了本发明，并且与描述一起进一步用于解释本发明的原理并且使得一个或多个相关领域的技术人员能够制造并使用本发明。
图1是根据示例性实施例的光刻装置的示意图。
图2是根据示例性实施例的传感器装置的横截面示意图。
图3是图2的传感器装置的底部透视示意图。
图4是图3的传感器装置的横截面示意图。
图5是图3的传感器装置的放大底部透视示意图。
图6是根据示例性实施例的传感器装置的底部透视示意图。
图7是图6的传感器装置的横截面示意图。
图8是根据示例性实施例的传感器装置的底部透视示意图。
图9是图8的传感器装置的横截面示意图。
图10是根据示例性实施例的传感器装置的底部透视示意图。
图11是图10的传感器装置的横截面示意图。
图12是根据示例性实施例的传感器装置的底部透视示意图。
图13是图12的传感器装置的横截面示意图。
图14是图12的传感器装置的放大底部透视示意图。
图15是根据示例性实施例的检测系统的俯视平面示意图。
图16图示了根据示例性实施例的用于校正处理误差的流程图。
本发明的特征和优点将在以下结合附图的具体实施方式中变得更加显而易见，其中相同的附图标记自始至终标识对应元件。在附图中，相似的附图标记通常表示相同的、功能相似的和/或结构相似的元件。附加地，一般而言，附图标记的一个或多个最左边的数字标识附图标记第一次出现的附图。除非另有说明，否则在整个公开中提供的附图不应被解释为按比例绘制的附图。
具体实施方式
本说明书公开了并入本公开的特征的一个或多个实施例。(多个)所公开的实施例仅例示了本公开。本公开的范围不限于(多个)所公开的实施例。本公开由所附权利要求书限定。
(多个)所描述的实施例以及说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用指示(多个)所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特点，但是每个实施例可能不一定包括特定特征、结构或特点。而且，这样的短语不一定是指相同的实施例。进一步地，当结合实施例对特定特征、结构或特点进行描述时，应当理解，该特定特征、结构或特点在本领域技术人员的知识范围内，以结合无论是否进行了明确描述的其他实施例来影响这种特征、结构或特点。
为了便于描述，空间相对术语(诸如“在...下面(beneath)”、“在...下方(below)”、“在...下部(lower)”、“在...上方(above)”、“在...上(on)”、“在…上部(upper)”等)本文中可以用于如附图中所图示的一个元件或特征与(多个)元件或特征的关系。除了附图中所描述的方位之外，空间相对术语还旨在涵盖设备在使用或操作中的不同方位。该装置可以以其他方式进行定向(旋转90度或以其他方位)，并且同样，本文中所使用的空间相对描述语可以进行相应地解释。
如本文中所使用的，术语“约”表示可以基于特定技术而变化的给定数量的值。基于特定技术，术语“约”可以指示给定数量的值，该值在例如该值的10％到30％之间变化(该值的±10％、±20％、或±30％)。
本公开的实施例可以以硬件、固件、软件或其任何组合来实现。本公开的实施例还可以被实现为存储在机器可读介质上的指令，其可以由一个或多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括用于以机器(例如，计算设备)可读取的形式存储或传输信息的任何机构。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光学存储介质；闪存设备；电信号、光信号、声信号或其他形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)等等。进一步地，固件、软件、例程、指令可以在本文中描述为执行某些动作。然而，应当领会，这样的描述仅仅是为了方便，并且这样的动作实际上由执行固件、软件、例程、指令等的计算设备、处理器、控制器或其他设备产生。
然而，在对这种实施例进行更详细的描述之前，提供可以在其中实现本公开的实施例的示例环境具有指导意义。
示例性光刻系统
图1示出了包括辐射源SO和光刻装置LA的光刻系统。辐射源SO被配置为生成EUV辐射束B并且向光刻装置LA供应EUV辐射束B。光刻装置LA包括照射系统IL、被配置为支撑图案形成装置MA(例如，掩模)的支撑结构MT、投影系统PS、以及被配置为支撑衬底W的衬底台WT。
照射系统IL被配置为在EUV辐射束B入射到图案形成装置MA上之前调节EUV辐射束B。此外，照射系统IL可以包括琢面场反射镜设备10和琢面光瞳反射镜装置11。琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11一起向EUV辐射束B提供期望横截面形状和期望强度分布。照射系统IL可以包括除琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11之外或代替琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11的其他反射镜或设备。
在被如此调节之后，EUV辐射束B与图案形成装置MA相互作用。由于这种相互作用，生成了经图案化的EUV辐射束B'。投影系统PS被配置为将经图案化的EUV辐射束B'投影到衬底W上。为此，投影系统PS可以包括多个反射镜13、14，该多个反射镜13、14被配置为将经图案化的EUV辐射束B'投影到由衬底台WT保持的衬底W上。投影系统PS可以对经图案化的EUV辐射束B'应用缩减因子，从而形成特征小于图案形成装置MA上的对应特征的图像。例如，可以应用4或8的缩减因子。尽管投影系统PS在图1中被示为仅具有两个反射镜13、14，但是投影系统PS可以包括不同数目的反射镜(例如，六个或八个反射镜)。
衬底W可以包括预先形成的图案。在这种情况下，光刻装置LA将由经图案化的EUV辐射束B'形成的图像与先前形成在衬底W上的图案对准。
可以在辐射源SO、照射系统IL和/或投影系统PS中提供相对真空，即，压力远低于大气压的少量气体(例如，氢气)。
辐射源SO可以是激光产生的等离子体(LPP)源、放电产生的等离子体(DPP)源、自由电子激光器(FEL)或能够生成EUV辐射的任何其他辐射源。
示例性传感器装置
如上文所讨论的，过程精度误差(OPAE)由每个晶片上不同的堆叠厚度、材料和/或工艺(即，工艺变化)和由于传感器之间的相互作用引起的重叠误差引起。工艺变化会改变来自衬底上对准标记的反射光的光学特性，从而导致OPAE。尽管有各种技术，诸如校正对准标记中的不对称性的标记不对称重建(MAR)、改进的传感器(例如，SMASH)和预测建模，但是晶片堆叠特性变化(即，工艺变化)会导致对OPAE的限制更低，并且不能使用当前技术和系统进一步减少。
自对准和紧凑型传感器系统可以提供更好的精度、成本效率和可扩展性。在同一共用平台上实现的尺寸为5mm×5mm量级的紧凑型传感器可以形成由数百个传感器组成的传感器阵列。这些小型化传感器(例如，5mm×5mm)可以测量衬底上对准标记的特定特性(例如，重叠误差、OPAE等)。此外，在单个“片上”传感器中的集成部件(例如，照射源、光纤、反射镜、透镜、检测器、处理器等)可以提高小型化。进一步地，集成透镜可以用于进一步减少基于衍射测量的收集系统的尺寸约束。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。
图2至图5图示了根据各种示例性实施例的传感器装置200。
图2图示了根据示例性实施例的传感器装置200的横截面示意图。传感器装置200被配置为测量衬底202上的衍射目标204的特点(例如，重叠误差、OPAE等)，并且可以校正处理误差(例如，OPAE等)并改善例如光刻装置LA中的重叠。
传感器装置200可以包括传感器芯片206、照射系统210、第一光学系统240、第二光学系统260、检测器系统270和处理器280。尽管传感器装置200在图2中被示为独立装置，但是本公开的实施例不限于该示例，并且本公开的传感器装置200的实施例可以与其他光学系统一起使用或用于其他光学系统，诸如但不限于光刻装置LA和/或其他光学系统。
传感器芯片206被配置为支持照射系统210、第一光学系统240、第二光学系统260、检测器系统270和/或处理器280。传感器芯片206包括第一侧207和与第一侧207相对的第二侧208。第一侧207被配置为面向衬底202的衍射目标204。传感器芯片206耦合到照射系统210、第一光学系统240、第二光学系统260、检测器系统270和/或处理器280。例如，如图2所示，照射系统210的照射源212、检测器系统270和处理器280设置在第二侧208上，并且照射系统210的第一光子晶体光纤220和第二光子晶体光纤224、第一光学系统240和第二光学系统260与第一侧207相邻设置。如图2所示，传感器芯片206可以是三维棱正交胞形，例如，立方体。传感器芯片206可以是任何合适的光学透明刚性结构，其被配置为透射从衍射目标204生成的收集的信号光束290。例如，传感器芯片206可以是半导体(例如，Si、Ge、SiGe、GaAs等)或氧化物(例如，SiOx、SiNx、ZnOx、NiOx、SnOx、InxOx、AlxOx、GaxOx、CaOx、CuOx、ITO等)。传感器芯片206可以为紧凑结构，其中第一侧207的平面面积不大于约5mm×5mm。
在一些实施例中，如图2所示，照射系统210、第一光学系统240和第二光学系统260可以集成在传感器芯片206上。在一些实施例中，照射系统210的照射源212可以位于传感器芯片206外部并且例如通过光缆耦合到传感器芯片206。在一些实施例中，检测器系统270可以位于传感器芯片206外部并且例如通过光缆耦合到传感器芯片206。在一些实施例中，处理器280可以位于传感器芯片206的外部并且例如通过光缆耦合到传感器芯片206。
照射系统210被配置为沿着照射路径218朝向衍射目标204透射照射光束216。照射系统210包括照射源212、照射耦合214、照射光束216和第一光子晶体光纤(PCF)220。照射源212产生照射光束216并且经由照射耦合214(例如，光缆)耦合到第一PCF 220。
照射系统210可以被配置为提供具有一个或多个通带的电磁宽带照射光束216。在一个示例中，一个或多个通带可以在约400nm至约2000nm之间的波长光谱内。在一个示例中，一个或多个通带可以在约10nm至约700nm之间的波长光谱内。在另一示例中，一个或多个通带可以在约700nm至约2000nm之间的波长光谱内。照射系统210还可以被配置为提供在很长一段时间内(例如，在照射系统210的寿命期间)具有基本恒定的中心波长(CWL)值的一个或多个通带。如上文所讨论的，在当前的对准系统中，照射系统210的这种配置可以帮助防止实际CWL值偏离期望CWL值。并且，因此，与当前的装置相比较，恒定CWL值的使用可以提高传感器系统(例如，传感器装置200)的长期稳定性和准确性。
在一些实施例中，照射系统210可以将宽带光源(即，具有宽范围光频率或波长并因此具有宽范围颜色的光源)用于辐射源，该宽带光源可以提供大集光度(即，光的传播，例如，光源的面积(A)和从光源看时系统的入射光瞳对向的立体角(Ω)的乘积)，从而允许混合多个波长。在一些实施例中，照射光束216可以包括宽带中的多个波长并且优选地各自可以具有Δλ的带宽和至少2Δλ的间隔(即，两倍的带宽)。在一些实施例中，照射系统210可以包括用于已经使用光纤束分开的扩展辐射源的不同部分的若干辐射“源”。这样，可以在多个波长处平行测量角度分辨散射光谱。例如，可以测量3D光谱(波长和两个不同角度)，该3D光谱包含比2D光谱更多的信息。这允许测量更多信息，从而提高计量过程的稳健性。这在EP1628164A2中有更详细的描述，该EP 1628164 A2通过引用整体并入本文。
光子晶体光纤(PCF)是一类基于光子晶体特性的光纤，其由于其周期性的光学纳米结构而影响光子的运动；并且是微结构光纤的子类，其中光子通过结构修改来引导。PCF分为两个类别：(1)高折射率引导光纤(例如，实芯—高折射率芯)；(2)低折射率引导光纤(例如，光子带隙(PBG)-低折射率芯)。一种特殊类别的低折射率引导光纤包括空芯光纤，它又分为两个类别：(1)PBG光纤；(2)反谐振光纤(例如，“负曲率”芯环绕、反谐振无节点管状晶格光纤(ANF))。光子带隙(PBG)光纤通过带隙效应限制光。由于包层中围绕光纤的芯的高度周期性结构，所以会产生光子带隙，使得在PBG内具有频率的光子无法通过包层传播出去并且被限制在芯内。
第一PCF 220被配置为从照射耦合214接收照射光束216并且将照射光束216透射到第一光学系统240。第一PCF 220可以是能够形成光子带隙(PBG)的任何合适的光学材料。例如，第一PCF 220可以是半导体(例如，Si、Ge、SiGe、GaAs、InP等)或电介质。第一PCF 220耦合到第一光学系统240。例如，如图2所示，第一PCF 220的输出端口与第一光学系统240的第一反射镜242和第一光子晶体波导244相邻。
图3图示了如图2所示的传感器装置200的底部透视图。如图2和图3所示，照射系统210可以包括第一PCF 220、第二PCF 224、第三PCF 228和第四PCF 232。多个PCF 220、224、228、232设置在传感器芯片206上并且各自都耦合到第一光学系统240。例如，如图6所示，第一PCF 220与第一光学系统240的第一反射镜242和第一光子晶体波导244相邻，第二PCF224与第一光学系统240的第二反射镜246和第二光子晶体波导248相邻，第三PCF 228与第一光学系统240的第三反射镜250和第三光子晶体波导252相邻，并且第四PCF 232与第一光学系统240的第四反射镜254和第四光子晶体波导256相邻。如图3所示，多个PCF 220、224、228、232可以相对于彼此对称布置并且被配置为将照射光束216聚焦到衍射目标204上。例如，多个PCF 220、224、228、232可以彼此分开90度。如图2和图3所示，多个PCF 220、224、228、232可以设置在传感器芯片206上并且分别经由第一光纤耦合222、第二光纤耦合226、第三光纤耦合230和第四光纤耦合234稳固到传感器芯片206。例如，光纤耦合222、226、230、234可以是环氧树脂、胶水或水泥。在一些实施例中，第一耦合222、第二耦合226、第三耦合230和第四耦合234可以各自耦合到任何片上波导，例如，包括槽、中空条、肋或脊配置。
在一些实施例中，多个PCF 220、224、228、232在结构(例如，带隙)和材料上可以相同。在一些实施例中，多个PCF 220、224、228、232可以各自在结构(例如，带隙)和材料方面不同。在一些实施例中，多个PCF 220、224、228可以相对于彼此分开120度。
第一光学系统240被配置为接收来自照射系统210的照射光束216，并且将照射光束216透射到衬底202上的衍射目标204，衍射目标204与传感器芯片206相邻设置，并且生成信号光束290。信号光束290包括由衍射目标204生成的衍射级子光束。例如，如图2所示，信号光束290包括第一衍射级子光束292、第二衍射级子光束294和第三衍射级子光束296。
在一些实施例中，第一衍射级子光束292可以是第零衍射级子光束，第二衍射级子光束294可以是第一衍射级子光束(例如，-1)，并且第三衍射级子光束296可以是第一衍射级子光束(例如，+1)。如图2所示，衍射级子光束292、294、296朝向第二光学系统260透射。
图4图示了如图3所示的传感器装置200的横截面示意图。为了清楚起见，图4中省略了照射源212、照射耦合214、检测器系统270和处理器280。图5图示了如图3所示的传感器装置200的放大底部透视图。
第一光学系统240耦合到传感器芯片206。例如，如图2至图5所示，第一光学系统240可以沿着传感器芯片206的第一侧207集成。第一光学系统240包括第一集成光学配置242、244。例如，如图3和图5所示，第一光学系统240可以包括第一反射镜242和第一光子晶体波导(PCW)244。在一些实施例中，第一反射镜242可以包括基于微机电系统(MEMS)的致动器，该基于MEMS的致动器被配置为将照射光束216聚焦到衍射目标上204。例如，第一反射镜242的基于MEMS的致动器可以控制衍射目标204上的照射光束216的焦点。在一些实施例中，第一反射镜242可以为可调整的平面、成角度的、抛物线形或椭圆形反射镜。在一些实施例中，第一反射镜242可以制造在传感器芯片206的第一侧207上。
光子晶体波导(PCW)是由于其周期性光学纳米结构而引导光子并且将膨胀约束到一维或二维以避免能量损失的物理结构。二维矩形波导是当平面波导的引导层在两个横向方向上受到约束时形成的一类PCW。如图3和图5所示，第一PCW 244可以是二维矩形波导，该二维矩形波导被配置为将照射光束216从第一PCF 220透射到衍射目标204。在一些实施例中，第一PCW 244具有与第一PCF 220相同的带隙并且被配置为保留照射光束216的相同工作波长带并且避免功率和/或光谱损失。
如图3和图5所示，第一光学系统240可以沿着与多个PCF 220、224、228、232相邻的传感器芯片206的第一侧207集成。第一光学系统240包括第一集成光学配置242、244、246、248、250、252、254、256。例如，如图3所示，第一光学系统240可以包括与第一PCF 220相邻并且耦合到第一PCF 220的第一反射镜242和第一PCW 244、与第二PCF 224相邻并且耦合到第二PCF 224的第二反射镜246和第二PCW 248、与第三PCF 228相邻并且耦合到第三PCF 228的第三反射镜250和第三PCW 252、和/或与第四PCF 232相邻并且耦合到第四PCF 232的第四反射镜254和第四PCW 256。如图3所示，多个反射镜242、246、250、254和多个PCW 244、248、252、256可以分别相对于彼此对称布置并且被配置为将照射光束216聚焦到衍射目标204上。例如，多个反射镜242、246、250、254和多个PCW 244、248、252、256可以分别相对于彼此分开90度。如图3所示，多个反射镜242、246、250、254和多个PCW 244、248、252、256可以分别集成(例如，制造)在传感器芯片206的第一侧207上。
在一些实施例中，多个反射镜242、246、250、254在结构(例如，形状)和材料上可以相同。在一些实施例中，多个PCW 244、248、252、256在结构(例如，带隙)和材料上可以相同。在一些实施例中，多个PCW 244、248、252、256可以各自在结构(例如，带隙)和材料方面不同。在一些实施例中，多个反射镜242、246、250和多个PCW 244、248、252可以相对于彼此分开120度。
第二光学系统260被配置为从传感器芯片206的第一侧207收集信号光束290并且将信号光束290透射到第二侧208。第二光学系统260包括第二集成光学配置262。例如，如图2至图4所示，第二集成光学配置262可以是负透镜262。第二光学系统260耦合到传感器芯片206。例如，如图2所示，负透镜262可以沿着传感器芯片206的第一侧207集成(例如，制造)。第二光学系统260可以是被配置为收集和透射由衍射目标204生成的信号光束290的任何合适的光学透明结构。例如，负透镜262可以是半导体(例如，Si、Ge、SiGe、GaAs等)或氧化物(例如，SiOx、SiNx、ZnOx、NiOx、SnOx、InxOx、AlxOx、GaxOx、CaOx、CuOx、ITO等)。
在一些实施例中，第二光学系统260可以包括负透镜262、正透镜264、元透镜(元表面)266或通孔268。例如，如图2所示，第二光学系统260包括负透镜262。例如，如图6所示，第二光学系统260包括正透镜264。例如，如图8所示，第二光学系统260包括元透镜(元表面)266。例如，如图10所示，第二光学系统260包括通孔268。
检测器系统270被配置为基于由第二光学系统260透射的信号光束290来测量衍射目标204的特性。检测器系统270可以与传感器芯片206集成或位于传感器芯片206外部。例如，如图2所示，检测器系统270设置在传感器芯片206的第二侧208上。检测器系统270可以包括单个检测器。如图2所示，检测器系统可以包括聚焦光学器件272、波长滤波器274、第一检测器276和/或第二检测器278。聚焦光学器件272被配置为收集来自第二光学系统260的信号光束290并且将信号光束290朝向波长滤波器274、第一检测器276和/或第二检测器278聚焦。波长滤波器274被配置为分离不同波长的信号光束290并且将不同波长透射到第一检测器276和第二检测器278。如图2所示，第一检测器276可以被配置为检测红外(IR)范围的信号光束290，而第二检测器278可以被配置为检测紫外-可见(UV-VIS)范围的信号光束290。例如，第一检测器276可以被配置为检测从约700nm至约2000nm的信号光束290，并且第二检测器278可以被配置为检测从约10nm至约700nm的信号光束290。在一些实施例中，由检测器系统270测量的衍射目标204的特性为重叠测量(例如，重叠误差)。
在一个实施例中，衍射目标204可以是对准标记。在一个实施例中，衬底202可以由平台支撑并且沿着对准轴线居中。在一些实施例中，衬底202上的衍射目标204可以是1D光栅，该1D光栅被印刷为使得在显影之后，条由实心抗蚀剂线形成。在一些实施例中，衍射目标204可以是2D阵列或光栅，该2D阵列或光栅被印刷为使得在显影之后，光栅由抗蚀剂中的固体抗蚀剂柱或过孔形成。例如，条、柱或过孔可以可替代地蚀刻到衬底202中。在一些实施例中，第二光学系统260可以定位在光瞳平面处。光瞳平面是辐射的径向位置定义入射角并且角位置定义辐射的方位角的平面。
处理器280被配置为基于由检测器系统270检测到的衍射目标204的特性来确定处理误差(例如，重叠测量、OPAE等)。处理器280可以与传感器芯片206集成或位于传感器外部芯片206。例如，如图2所示，处理器280设置在传感器芯片206的第二侧208上。如图2所示，处理器280可以包括第一控制信号282和第二控制信号284。第一控制信号282被配置为在第一检测器276于处理器280之间发送并接收数据。第二控制信号284被配置为在第二检测器278与处理器280之间发送并接收数据。处理器280经由第一控制信号282和/或第二控制信号284耦合到检测器系统270。
备选传感器装置
图6至图11图示了根据各种实施例的用于传感器装置200的备选第二光学系统260。图12至图14图示了根据各种实施例的用于传感器装置200的备选第一光学系统240。
图6图示了根据示例性实施例的传感器装置200'的底部透视图。图7图示了如图6所示的传感器装置200'的横截面示意图。图2至图5所示的传感器装置200的实施例和图6和图7所示的传感器装置200'的实施例相似。相似的附图标记用于指示图2至图5所示的传感器装置200的实施例的相似特征和图6和图7所示的传感器装置200'的实施例的相似特征。图2至图5所示的传感器装置200的实施例和图6和图7所示的传感器装置200'的实施例之间的主要区别在于，第二光学系统260包括传感器芯片206上的正透镜264，取代负透镜262。
图8图示了根据示例性实施例的传感器装置200”的底部透视图。
图9图示了如图8所示的传感器装置200”的横截面示意图。图2至图5所示的传感器装置200的实施例和图8和图9所示的传感器装置200”的实施例相似。相似的附图标记用于指示图2至图5所示的传感器装置200的实施例的相似特征和图8和图9所示的传感器装置200”的实施例的相似特征。图2至图5所示的传感器装置的实施例和图8和图9所示的传感器装置200”的实施例之间的主要区别在于，第二光学系统260包括位于传感器芯片206上的元透镜(元表面)266，取代负透镜262。例如，如图8和图9所示，元透镜(元表面)266可以是平面菲涅耳透镜。在一些实施例中，元透镜(元表面)266可以是纳米结构化表面透镜。例如，元透镜(元表面)266可以是能够校正色差的超薄元透镜(例如，平坦的微米厚的)、具有不同复杂形状(例如，不同的横截面形状)的元原子(即，像素)的元透镜、具有平坦形状因子的元透镜、具有不同纳米柱(例如，不同的折射率)的元透镜、或它们的某个组合。
图10图示了根据示例性实施例的传感器装置200”的底部透视图。图11图示了如图10所示的传感器装置200”的横截面示意图。图2至图5所示的传感器装置200的实施例和图10和图11所示的传感器装置200”'的实施例相似。相似的附图标记用于指示图2至图5所示的传感器装置200的实施例的相似特征和图10和图11所示的传感器装置200”'的实施例的相似特征。图2至图5所示的传感器装置200的实施例和图10和图11所示的传感器装置200”'的实施例之间的主要区别在于，第二光学系统260包括穿过传感器芯片206的第一侧207和第二侧208的通孔268，取代负透镜262。
图12图示了根据示例性实施例的传感器装置200””的底部透视图。图13图示了如图12所示的传感器装置200””的横截面示意图。图14图示了如图12所示的传感器装置200””的放大底部透视图。图2至图5所示的传感器装置200的实施例和图12至图14所示的传感器装置200””的实施例相似。相似的附图标记用于指示图2至图5所示的传感器装置200的实施例的相似特征和图12至图14所示的传感器装置200””的实施例的相似特征。图2至图5所示的传感器装置200的实施例与图12至图14所示的传感器装置200””的实施例之间的主要区别在于，第一光学系统240包括第一MEMS反射镜242'，该第一MEMS反射镜242'与第一光子晶体波导244相邻设置在第一侧207中的第一MEMS腔243中；第二MEMS反射镜246'，该第二MEMS反射镜246'与第二光子晶体波导248相邻设置在第一侧207中的第二MEMS腔247中；第三MEMS反射镜250'，该第三MEMS反射镜250'与第三光子晶体波导252相邻设置在第一侧207中的第三MEMS腔251中；以及第四MEMS反射镜254'，该第四MEMS反射镜254'与第四光子晶体波导256相邻设置在第一侧207中的第四MEMS腔255中。
在一些实施例中，第一MEMS反射镜242'、第二MEMS反射镜246'、第三MEMS反射镜250'和第四MEMS反射镜254'可以包括基于MEMS的致动器，该基于MEMS的致动器被配置为将照射光束216聚焦到衍射目标204上。例如，第一MEMS反射镜242'、第二MEMS反射镜246'、第三MEMS反射镜250'和第四MEMS反射镜254'的基于MEMS的致动器可以控制衍射目标204上的照射光束216的焦点。在一些实施例中，第一MEMS反射镜242'、第二MEMS反射镜246'、第三MEMS反射镜250'和第四MEMS反射镜254'可以是可调整的平面的、成角度的、抛物线形或椭圆形反射镜。例如，如图12所示，第一MEMS反射镜242'、第二MEMS反射镜246'、第三MEMS反射镜250'和第四MEMS反射镜254'可以是可调整的平面反射镜。在一些实施例中，第一MEMS反射镜242'、第二MEMS反射镜246'、第三MEMS反射镜250'和第四MEMS反射镜254'可以各自制造在传感器芯片206的第一侧207上。例如，如图12所示，第一MEMS反射镜242'、第二MEMS反射镜246'、第三MEMS反射镜250'和第四MEMS反射镜254'可以设置在第一MEMS腔243、第二MEMS腔247、第三MEMS腔251和第四MEMS腔255中，这些腔243、247、251、255例如通过蚀刻或光刻处理形成在传感器芯片206的第一侧207中。
示例性检测系统
图15图示了根据示例性实施例的检测系统1500的俯视平面示意图。检测系统1500被配置为测量衬底202上的与衍射目标204相似的多个衍射目标204的特点(例如，重叠误差、OPAE等)，并且基于衬底202上的多个衍射目标204的每个衍射目标204的特点来确定处理误差。检测系统1500可以校正处理误差(例如，OPAE等)或重叠误差并且改善例如光刻装置LA中的重叠。检测系统1500包括多个传感器200，每个传感器与传感器装置200、传感器装置200'、传感器装置200”、传感器装置200”'和/或传感器装置200””相似；以及处理器1580。如图15所示，每个传感器装置200可以设置在共用平台1502上并且耦合到处理器1580。例如，如图15所示，每个传感器装置200可以经由光纤1504连接到处理器1580。共用平台1502和多个传感器200设置在多个衍射目标204的上方。尽管检测系统1500在图15中被示为独立装置，但是本公开的实施例不限于该示例，并且本公开的检测系统1500的实施例可以与其他光学系统一起使用或用于其他光学系统，诸如但不限于光刻装置LA和/或其他光学系统。
在一些实施例中，如图15所示，传感器阵列可以由布置在共用平台1502上的多个传感器200形成。在一些实施例中，多个传感器200可以相对于彼此对称地布置在共用平台1502上。在一些实施例中，衍射目标204的特点为重叠测量。在一些实施例中，多个传感器200的每个检测器系统270同时或实时测量设置在衬底202上的每个传感器200下方的多个衍射目标204的特点。例如，由多个传感器200测量的多个衍射目标204的多个特点可以在0.2秒内出现。
示例性流程图
图16图示了根据实施例的用于校正处理误差(例如，重叠测量、OPAE等)的流程图1600。应当领会，并非需要图16中的所有步骤都来执行本文中所提供的公开。进一步地，步骤中的一些步骤可以同时执行或以不同于图16所示的次序执行。应当参考图15对流程图1600进行描述。然而，流程图1600不限于那些示例实施例。
在步骤1602中，如图15的示例所示，使用多个传感器200测量衬底202上的多个衍射目标204的特点。例如，多个衍射目标204的特点的测量可以同时或实时发生，例如，在0.2秒内。
在步骤1604中，如图15的示例所示，衬底202上的每个衍射目标204的特点由处理器1580确定。例如，在由多个传感器200检测到多个衍射目标204的特点之后，处理器1580可以经由光线1504接收数据。
在步骤1606中，如图15的示例所示，基于所确定的每个衍射目标204的特点来校正处理误差。例如，经校正的处理误差可以是光刻装置LA、传感器装置200或衬底202的重叠误差。
在一些实施例中，衍射目标204的特点是重叠测量。在一些实施例中，流程图1600还包括，如图2、图12和图15的示例所示，调整第一光学系统240的反射镜242、246、250、254(如图2所示)或将第一光学系统240的MEMS反射镜242'、246'、250'、254'(如图12所示)调整到衍射目标204上的离焦位置。例如，调整反射镜242、246、250、254的基于MEMS的致动器或调整MEMS反射镜242'、246'、250'、254'，随后重复步骤1602、1604和1606，分别用于离焦测量、确定和校正。
在一些实施例中，处理器1580可以将校正馈送回到光刻装置LA和/或传感器装置200，用于例如通过将校正馈送到传感器装置200和/或处理器1580中并且使用经校正的处理来处理衬底202，来校正例如重叠偏移中的误差。衬底202可以通过光刻投影装置使用已知制造工艺进行处理，并且图案(例如，重叠标记或掩模版中的产品图案)可以成像到至少部分被辐射敏感材料(抗蚀剂)层覆盖的衬底202上。在该成像之前，衬底202可以经历各种程序，诸如涂底漆、抗蚀剂涂层和软烘烤。在曝光之前，衬底202可以在经校准的传感器装置200中对准。在曝光之后，可以对衬底202进行其他程序，诸如曝光后烘烤(PEB)、显影、硬烘烤和成像特征的测量/检查。因此，衬底202可以使用重叠标记连同产品图案一起曝光，并且抗蚀剂可以被显影以在堆叠晶片上印刷重叠标记。
在一些实施例中，处理器1580可以针对经曝光的衬底202上的每个对准标记或衍射目标204的传感器估计测量印刷图案位置偏移误差。测量信息包括但不限于产品堆叠简档、衬底202上的每个对准标记或衍射目标204的重叠、关键尺寸和/或焦点的测量。处理器1580可以利用聚类算法将标记分组为相似的恒定偏移误差的集合，并且基于信息来创建重叠误差偏移校正表。聚类算法可以基于重叠测量、位置估计和/或与每个偏移误差集合相关联的附加光学堆叠过程信息。根据这个测量的重叠和其对应目标的已知编程重叠，可以推断出重叠误差。
在一些实施例中，处理器1580可以确定每个标记的校正并且将校正馈送回到光刻装置LA和/或传感器装置200以例如通过将校正馈送到传感器装置200校正重叠中的误差。因此，过程创建用于校准传感器装置200的自学习馈送回路。
本发明的其他方面在以下编号的条款中得以阐述。
1.一种传感器装置，包括：
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；以及
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.根据条款1所述的传感器装置，其中衍射目标的特点为重叠测量。
3.根据条款1所述的传感器装置，其中照射系统包括光子晶体光纤，该光子晶体光纤设置在传感器芯片上并且耦合到第一光学系统。
4.根据条款3所述的传感器装置，其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光子晶体波导。
5.根据条款4所述的传感器装置，其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。
6.根据条款4所述的传感器装置，其中：
光子晶体波导包括与光子晶体光纤相同的带隙；以及
照射光束的波长为约400nm至约2000nm。
7.根据条款1所述的传感器装置，其中照射系统包括多个光子晶体光纤，多个光子晶体光纤设置在传感器芯片上并且耦合到包括多个光子晶体波导的第一光学系统。
8.根据条款7所述的传感器装置，其中多个光子晶体光纤和多个光子晶体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。
9.根据条款1所述的传感器装置，其中传感器芯片的第一侧的面积不大于约5mm乘以5mm。
10.根据条款1所述的传感器装置，其中第二集成光学配置包括负透镜、正透镜、元透镜或通孔。
11.根据条款10所述的传感器装置，其中元透镜是平面菲涅耳透镜。
12.根据条款10所述的传感器装置，其中元透镜是纳米结构表面透镜。
13.根据条款1所述的传感器装置，其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。
14.根据条款1所述的传感器装置，其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，并且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。
15.根据条款1所述的传感器装置，其中照射系统、第一光学系统和第二光学系统集成在传感器芯片上。
16.一种检测系统，包括：
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，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；以及
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。
17.根据条款16所述的检测系统，其中衍射目标的特点为重叠测量。
18.根据条款16所述的检测系统，其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。
19.根据条款16所述的检测系统，其中多个传感器集成在共用平台上。
20.根据条款16所述的检测系统，其中处理器经由光纤耦合到每个传感器。
21.一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，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；以及
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；
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；以及
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。
22.根据条款21所述的方法，其中测量衬底上的多个衍射目标的特点同时发生。
23.根据条款21所述的方法，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，其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。
24.一种光刻装置，包括：
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，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；以及
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。
25.根据条款24所述的光刻装置，其中衍射目标的特点为重叠测量。
26.根据条款24所述的光刻装置，其中传感器芯片的第一侧的面积不大于约5mm乘以5mm。
27.根据条款24所述的光刻装置，其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。
28.根据条款27所述的光刻装置，其中每个传感器同时测量衬底上的多个衍射目标的特点。
尽管在本文中可能会具体提及在IC制造中使用光刻装置，但是应当理解，本文中所描述的光刻装置可能具有其他应用，诸如制造集成光学系统、用于磁畴存储器的制导和检测图案、平板显示器、LCD、薄膜磁头等。本领域技术人员应当领会，在这些备选应用的上下文中，本文中术语“晶片”或“管芯”的任何使用可以分别认为是更一般术语“衬底”或“目标部分”的同义词。本文中所指的衬底可以在曝光之前或之后在例如跟踪单元(通常将抗蚀剂层施加到衬底并显影经曝光的抗蚀剂的工具)、计量单元和/或检查单元中进行处理。在可适用的情况下，本文中的公开内容可以应用于这些和其他衬底处理工具。进一步地，衬底可以被处理不止一次，例如，为了产生多层IC，因此本文中所使用的术语衬底也可以是指已经包含多个经处理层的衬底。
尽管上文可能已经在光学光刻的上下文中具体引用了本公开的实施例的使用，但是应当领会，本公开可以用于其他应用，例如，压印光刻，并且在上下文允许的情况下，不限于光刻。在压印光刻的情况下，图案形成装置中的形貌定义衬底上产生的图案。图案形成装置的形貌可以压入供应到衬底的抗蚀剂层中，然后通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使抗蚀剂固化。图案形成装置移出抗蚀剂，从而在抗蚀剂固化之后，在该抗蚀剂中留下图案。
应当理解，本文中的措辞或术语出于描述而非限制的目的，使得本说明书的术语或措辞应由相关领域的技术人员根据本文中的教导进行解释。
如本文中所使用的术语“衬底”描述了材料层被添加到其上的材料。在一些实施例中，衬底本身可以被图案化并且添加在其顶部的材料也可以被图案化，或可以保留而无需进行图案化。
本发明的实施例可以在硬件、固件、软件或其任何组合中实现。本发明的实施例还可以实现为存储在机器可读介质上的指令，这些指令可以由一个或多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括用于以机器(例如，计算设备)可读的形式存储或传输信息的任何机构。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光存储介质；闪存设备；电、光、声或其他形式的传播信号等。进一步地，固件、软件、例程和/或指令可以在本文中被描述为执行某些动作。然而，应当领会，这样的描述仅仅是为了方便，并且这样的动作实际上由执行固件、软件、例程和/或指令的计算设备、处理器、控制器或其他设备产生。
以下实施例说明而非限制本公开的实施例。对本领域中通常遇到的并且对于相关领域的技术人员而言是显而易见的多种条件和参数的其他合适的修改和调整都在本公开的精神和范围内。
尽管在本文中可以具体提及在IC的制造中使用根据本发明的装置和/或系统，但是应当明确理解，这种装置和/或系统具有许多其他可能的应用。例如，它可以用于制造集成光学系统、磁畴存储器的制导和检测图案、LCD面板、薄膜磁头等。本领域技术人员应当领会，在这些备选应用的上下文中，在本文中对术语“掩模版”、“晶片”或“管芯”的任何使用都应被视为分别被更通用的术语“掩模”、“衬底”和“目标部分”所取代。
虽然上文已经描述了本发明的特定实施例，但是应当领会，本发明可以以不同于所描述的方式实施。该描述并非旨在限制本发明。
应当领会，具体实施方式部分而非发明内容和摘要部分旨在用于解释权利要求。发明内容和摘要部分可以阐述如发明人所设想的本发明的一个或多个但并非所有示例性实施例，因此，不旨在以任何方式限制本发明和所附权利要求。
借助于说明特定功能及其关系的实现方式的功能构建块，已经在上文对本公开进行了描述。为了描述的方便，本文中已经对这些功能构建块的边界进行了任意限定。只要适当执行指定功能及其关系，就可以定义其他边界。
特定实施例的以上描述如此充分揭示了本公开的一般性质，使得其他人可以在没有背离本公开的一般概念的情况下通过应用本领域内的知识针对这种特定实施例的各种应用容易地进行修改和/或调整，而无需过度实验。因此，基于本文中所提出的教导和指导，这种调整和修改旨在在所公开的实施例的等同物的含义和范围内。
本发明的广度和范围不应由任何上述示例性实施例限制，而应仅根据所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (20)

1.一种传感器装置，包括：
传感器芯片，包括第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；
照射系统，耦合到所述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，耦合到所述传感器芯片并且包括第一集成光学配置，以配置所述照射光束并且将所述照射光束朝向衬底上的衍射目标透射，所述衍射目标与所述传感器芯片相邻设置并且生成信号光束，所述信号光束包括从所述衍射目标生成的衍射级子光束；
第二光学系统，耦合到所述传感器芯片并且包括第二集成光学配置，以收集所述信号光束并且将所述信号光束从所述传感器芯片的所述第一侧向所述第二侧透射；以及
检测器系统，被配置为基于由所述第二光学系统透射的所述信号光束来测量所述衍射目标的特点。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述衍射目标的特点为重叠测量。
3.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述照射系统包括光子晶体光纤，所述光子晶体光纤设置在所述传感器芯片上并且耦合到所述第一光学系统。
4.根据权利要求3所述的传感器装置，其中所述第一集成光学配置包括反射镜和设置在所述传感器芯片的所述第一侧上的光子晶体波导。
5.根据权利要求4所述的传感器装置，其中所述反射镜包括基于微机电系统的致动器，所述基于微机电系统的致动器被配置为将所述照射光束聚焦到所述衍射目标上。
6.根据权利要求4所述的传感器装置，其中：
所述光子晶体波导包括与所述光子晶体光纤相同的带隙；以及
所述照射光束的波长为约400nm至约2000nm。
7.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述照射系统包括多个光子晶体光纤，所述多个光子晶体光纤设置在所述传感器芯片上并且耦合到包括多个光子晶体波导的所述第一光学系统。
8.根据权利要求7所述的传感器装置，其中所述多个光子晶体光纤和所述多个光子晶体波导相对于彼此对称布置并且被配置为将所述照射光束聚焦到所述衍射目标上。
9.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述传感器芯片的所述第一侧的面积不大于约5mm乘以5mm。
10.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述第二集成光学配置包括负透镜、正透镜、元透镜或通孔。
11.根据权利要求10所述的传感器装置，其中所述元透镜是平面菲涅耳透镜。
12.根据权利要求10所述的传感器装置，其中所述元透镜是纳米结构表面透镜。
13.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述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。
14.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述第一检测器被配置为检测所述信号光束的从约700nm至约2000nm的红外范围，并且所述第二检测器被配置为检测所述信号光束的从约10nm至约700nm的紫外可见范围。
15.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述照射系统、所述第一光学系统和所述第二光学系统集成在所述传感器芯片上。
16.一种检测系统，包括：
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，包括第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；
照射系统，耦合到所述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，耦合到所述传感器芯片并且包括第一集成光学配置，以配置所述照射光束并且将所述照射光束朝向所述衬底上的衍射目标透射，所述衍射目标与所述传感器芯片相邻设置并且生成信号光束，所述信号光束包括从所述衍射目标生成的衍射级子光束；
第二光学系统，耦合到所述传感器芯片并且包括第二集成光学配置，以收集所述信号光束并且将所述信号光束从所述传感器芯片的所述第一侧向所述第二侧透射；以及
检测器系统，被配置为基于由所述第二光学系统透射的所述信号光束来测量所述衍射目标的特点；以及
处理器，耦合到每个传感器并且被配置为基于所述衬底上的所述多个衍射目标中的每个衍射目标的特点来确定处理误差。
17.根据权利要求16所述的检测系统，其中所述衍射目标的特点为重叠测量。
18.根据权利要求16所述的检测系统，其中每个检测器系统同时测量所述衬底上的所述多个衍射目标的所述特点。
19.根据权利要求16所述的检测系统，其中所述多个传感器集成在共用平台上。
20.根据权利要求16所述的检测系统，其中所述处理器经由光纤耦合到每个传感器。
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