CN117916670A - 传感器系统 - Google Patents

Abstract

一种传感器系统，用于测量衬底的形状，传感器系统包括：衬底支撑件，衬底支撑件支撑衬底的表面；至少一个传感器装置，每个传感器装置包括光学发射器和光学接收器，光学发射器向衬底的表面发射辐射束，光学接收器接收从表面反射的辐射束；和控制器。控制器被配置为：基于所接收的辐射束，确定至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度；相对于校准高度对衬底的重力下垂进行补偿；以及基于校准高度与至少一个测量高度的对比确定衬底的形状。

Description

传感器系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年9月13日提交的EP申请21196357.4的优先权和2021年11月29日提交的EP申请21211143.9的优先权，该申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及一种传感器系统，所述传感器系统用于测量衬底的形状，例如用于测量晶片的形状。

背景技术

光刻设备是一种被构造为将期望图案施加到衬底上的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造中。光刻设备可以例如在图案形成装置(例如，掩模)处将图案(通常也称为“设计布局”或“设计”)投影到设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)的层上。

为了将图案投影到衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长决定了可以在衬底上形成的特征的最小尺寸。当前使用的典型波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。与使用例如波长为193nm的辐射的光刻设备相比，使用波长在4-20nm范围内(例如，6.7nm或13.5nm)的极紫外(EUV)辐射的光刻设备可以用于在衬底上形成更小的特征。

低k1光刻可以用于处理尺寸小于光刻设备的经典分辨率极限的特征。在这样的过程中，分辨率公式可以表示为CD＝k1×λ/NA，其中λ是所采用的辐射波长，NA是光刻设备中投影光学器件的数值孔径，CD是“临界尺寸”(通常印制的最小特征尺寸，但在这种情况下为半节距)，k1是经验分辨率因子。通常，k1越小，就越难以在衬底上复制与电路设计者为实现特定电气功能和性能而计划的形状和尺寸类似的图案。为了克服这些困难，可以将复杂的微调步骤应用于光刻投影设备和/或设计布局。这些包括例如但不限于NA的优化、定制的照射方案、相移图案形成装置的使用、设计布局的各种优化(诸如设计布局中的光学邻近校正(OPC，有时也称为“光学过程校正”))、或通常定义为“分辨率增强技术”(RET)的其它方法。替代地，可以使用用于控制光刻设备的稳定性的严格控制回路来改善低k1下的图案的再现。

在将经图案化的层布置在彼此顶部上的光刻过程期间，衬底可能例如由于层中的或层之间的内应力而变得翘曲。这些翘曲的衬底仍然需要被光刻过程中所使用的装置正确地处理。随着对层内的内部结构以及被定位成彼此顶部上的在层的数量(例如，约200个层)的需求不断增加，对翘曲衬底的正确处理变得越来越重要。

发明内容

本发明人已经认识到，在已知的系统中，晶片翘曲信息目前被输入到用于多个晶片的批次的曝光选配方案(即，限定光刻设备的部件如何处理衬底的设置、和/或限定如何控制光刻设备的部件以向辐射曝光衬底的设置、和/或限定如何通过光刻设备测量衬底的设置)。这对于防止损坏(对光刻设备和衬底本身两者的损坏)、防止时间(产量)损失以及实现成功的夹持和对接是必要的。还需要使用晶片翘曲信息来优化曝光准确度(重叠)，这是已知系统目前通过改变晶片夹具流速设置而尝试的，但具有有限的成功。

然而，已知系统中目前没有使用实际的翘曲信息，而是将可能翘曲的最大值/估计值输入到曝光选配方案中。如果实际翘曲度高于估计值，所述估计值又高于光刻设备的衬底处理装置的最大翘曲能力，则可能导致对光刻设备的晶片和部件的损坏。

此外，没有考虑晶片到晶片的变化，因此每晶片的优化性能的选项是不可能的。

在晶片上的没有主动支撑的位置处可能发生重力下垂，例如当晶片在所述晶片的中心处被支撑时，围绕所述晶片的圆周的边缘将存在重力下垂。这种下垂可以被考虑为约0.1mm的翘曲值，并应当被考虑为翘曲。已知的传感器通过在相对于晶片的平面表面的竖直方向上支撑晶片来确定晶片的翘曲，从而使重力下垂最小化。然而，在光刻设备的外部测量翘曲是耗时的、劳动密集的、昂贵的，并且当不考虑重力下垂时，还存在准确度差的问题。

根据本公开的一个方面，提供了一种传感器系统，所述传感器系统用于测量衬底(例如，晶片)的形状，所述传感器系统包括：衬底支撑件，所述衬底支撑件支撑所述衬底的表面，至少一个传感器装置，每个传感器装置包括光学发射器和光学接收器，所述光学发射器向所述衬底的表面发射辐射束，所述光学接收器接收从所述表面反射的辐射束；和控制器，所述控制器被配置为：基于所接收的辐射束，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度；相对于校准高度对所述衬底的重力下垂进行补偿；以及基于所述校准高度与所述至少一个测量高度的对比确定所述衬底的形状。

所述校准高度可以是预定的，并且通过从耦接到所述控制器的存储器中取回校准高度而获得所述校准高度。

所述控制器可以被配置为基于所接收的从由所述衬底支撑件支撑的测试衬底的表面反射的辐射束，获得所述校准高度。

所述控制器可以被配置为在所述衬底和所述至少一个传感器装置相对于彼此旋转时，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度。

所述衬底支撑件可以被配置为相对于所述至少一个传感器装置旋转。所述至少一个传感器装置可以被配置为相对于所述衬底支撑件旋转。

所述控制器可以被配置为在所述衬底和所述至少一个传感器装置相对于彼此线性移动时，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度。

所述衬底支撑件可以被配置为相对于所述至少一个传感器装置线性移动。所述至少一个传感器装置可以被配置为相对于所述衬底支撑件线性移动。

所述控制器可以被配置为在所述衬底和所述至少一个传感器装置相对于彼此旋转小于270度的角度，优选地小于225度的角度，更优选地小于180度的角度时，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度。

所述控制器可以被配置为在所述衬底和所述至少一个传感器装置相对于彼此旋转小于135度的角度，优选地小于90度的角度，更优选地小于45度的角度时，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度。

所述控制器可以被配置为在所述衬底和所述至少一个传感器装置旋转静止时，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度。

所述衬底支撑件可以被配置为将所述衬底真空夹持到所述衬底支撑件。

所述至少一个传感器装置可以包括：第一传感器装置，所述第一传感器装置沿着所述衬底的第一半径定位；和第二传感器装置，所述第二传感器装置沿着所述衬底的第二半径定位，所述第一半径不同于所述第二半径。

所述第一传感器装置可以是所述至少一个传感器装置中的沿着所述第一半径定位的唯一传感器装置。

所述第二传感器装置可以是所述至少一个传感器装置中的沿着所述第二半径定位的唯一传感器装置。

所述第一半径和所述第二半径相隔45度和270度之间的角度，优选地相隔90度和225度之间的角度，更优选地相隔135度和180度之间的角度。

所述至少一个传感器装置可以包括：第三传感器装置，所述第三传感器装置沿着所述衬底的第三半径定位，所述第三半径与所述第一半径和所述第二半径不同。

所述第三传感器装置可以是所述至少一个传感器装置中的沿着所述第三半径定位的唯一传感器装置。

所述至少一个传感器装置可以仅包括单个传感器装置。

所述至少一个传感器装置中的一个或多个传感器装置可以是共焦色度传感器装置。

根据本公开的一个方面，提供了一种光刻设备，所述光刻设备包括本文中描述的传感器系统。

附图说明

现在将仅通过示例的方式，参考所附的示意图来描述本发明的实施例，并且其中：

图1描绘了光刻设备的示意概述图；

图2描绘了光刻单元的示意概述图；

图3描绘了预对准器和衬底处理器；

图4描绘了预对准器和衬底处理器，其中晶片被放置在预对准器上；

图5描绘了预对准器和衬底处理器，其中衬底处理器上的晶片被延伸；

图6描绘了光刻设备的部件的示意性框图；

图7描绘了被布置成支撑衬底的表面的衬底支撑件的俯视图；

图8描绘了支撑衬底的表面的衬底支撑件的侧视图；和

图9描绘了相对于衬底支撑件布置的传感器装置的俯视图。

具体实施方式

在本文档中，术语“辐射”和“束”用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外线辐射(例如，波长为365nm、248nm、193nm、157nm或126nm)和EUV(极紫外线辐射，例如，波长在约5nm-100nm的范围内)。

本文中使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以被广义地解释为是指通用图案形成装置，该通用图案形成装置可用于向入射的辐射束赋予与将在衬底的目标部分中产生的图案相对应的图案化横截面。在该上下文中也可以使用术语“光阀”。除了经典掩模(透射式或反射式掩模、二元掩模、相移掩模、混合式掩模等)，其它这种图案形成装置的示例包括可编程反射镜阵列或可编程LCD阵列。

图1示意性地描绘了光刻设备LA。光刻设备LA包括：照射系统(也称为照射器)IL，其被配置成调节辐射束B(例如，UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如，掩模台)MT，其被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并且连接到第一定位器PM，第一定位器PM被配置成根据特定参数准确地定位图案形成装置MA；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，其被构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W并且连接到第二定位器PW，第二定位器PW被配置成根据特定参数准确地定位衬底支撑件；以及投影系统(例如，折射投影透镜系统)PS，其被配置成将通过图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个管芯)上。

在操作中，照射系统IL接收来自辐射源SO的辐射束，例如经由束传输系统BD。照射系统IL可以包括用于引导、整形和/或控制辐射的各种类型的光学部件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电和/或其它类型的光学部件、或其任何组合。照射器IL可以用于调节辐射束B以使其在图案形成装置MA的平面处在其横截面中具有期望的空间和角度强度分布。

本文中使用的术语“投影系统”PS应当被广义地解释为涵盖包括以下的各种类型的投影系统：折射、反射、折反射、变形、磁性、电磁和/或静电光学系统，或者其任何组合，该投影系统适用于所使用的曝光辐射和/或其它因素(诸如浸没液体的使用或真空的使用)。本文中对术语“投影透镜”的任何使用可被认为与更通用的术语“投影系统”PS同义。

光刻设备LA可以是如下这样的类型：其中衬底的至少一部分可以被具有相对较高折射率的液体(例如，水)覆盖，以填充投影系统PS和衬底W之间的空间，这也称为浸没式光刻。关于浸没技术的更多信息在US6952253(其通过引用并且入本文)中给出。

光刻设备LA也可以是具有两个(也称为“双台”)或更多个衬底支撑件WT的类型。在这种“多台”机器中，可以并行使用衬底支撑件WT，和/或可以在位于衬底支撑件WT中的一个上的衬底W上执行对衬底W的后续曝光准备的步骤的同时，另一衬底支撑件WT上的另一衬底W被用于在另一衬底W上曝光图案。

除了衬底支撑件WT之外，光刻设备LA可以包括测量台。测量台被布置成保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置为测量投影系统PS的性质或辐射束B的性质。测量台可以保持多个传感器。清洁装置可以被布置为清洁光刻设备的一部分，例如投影系统PS的一部分或提供浸没液体的系统的一部分。当衬底支撑件WT远离投影系统PS时，测量台可以在投影系统PS的下方移动。

在操作中，辐射束B入射到被保持在掩模支撑件MT上的图案形成装置MA(例如，掩模)上，并且由图案形成装置MA上呈现的图案(设计布局)图案化。在通过掩模MA之后，辐射束B穿过投影系统PS，投影系统PS将束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置测量系统IF，可以准确地移动衬底支撑件WT，例如，以便在辐射束B的路径中将不同目标部分C定位在聚焦和对准位置处。类似地，第一定位器PM和可能的另一位置传感器(其未在图1中明确地示出)可用于相对于辐射束B的路径而准确地定位图案形成装置MA。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记P1、P2占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中。当衬底对准标记P1、P2位于目标部分C之间时，它们被称为划线对准标记。

为了阐明本发明，使用了笛卡尔坐标系。笛卡尔坐标系具有三个轴，即x轴、y轴和z轴。三个轴中的每个轴与另外的两个轴正交。围绕x轴的旋转被称为Rx旋转。围绕y轴的旋转被称为Ry旋转。围绕z轴的旋转被称为Rz旋转。x轴和y轴限定水平面，而z轴在竖直方向上。笛卡尔坐标系不限制本发明，而仅是用于说明。替代地，其他坐标系(诸如柱面坐标系)可以用于说明本发明。笛卡尔坐标系的取向可以是不同的，例如，可以使得z轴具有沿着水平面的分量。

如图2所示，光刻设备LA可以形成光刻单元LC的一部分，光刻单元LC有时也称为光刻单元或(光刻)簇，光刻单元LC通常还包括用于在衬底W上执行预曝光和后曝光过程的设备。通常，这些设备包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于显影曝光抗蚀剂的显影剂DE、激冷板CH和烘烤板BK，例如用于调整衬底W的温度，例如用于调整抗蚀剂层中的溶剂。衬底输送装置(或机器手)RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底W，在不同处理设备之间移动衬底W，并且将衬底W输送到光刻设备LA的装载台LB。光刻单元中的装置(通常也统称为轨道)通常受轨道控制单元TCU的控制，轨道控制单元TCU本身可由管理控制系统SCS控制，管理控制系统SCS也可以控制光刻设备LA，例如经由光刻控制单元LACU。

图3示出了包括预对准器2和晶片处理部件的预对准单元1。在晶片已经从晶片载体或过程轨道转移到预对准器2之后，启动预对准过程。预对准可以包括晶片边缘检测(例如，使用光学传感器)、晶片对中(wafer centering)和温度调节。

一旦预对准完成，晶片就由装载机器人3(“衬底输送装置或衬底处理器”)转移到晶片台WT。装载机器人3配备有独立且单独的轨迹保护系统以防止晶片破裂。在装载机器人3的运行期间，将装载机器人3的所测量的绝对位置和所导出的速度与允许的位置和速度进行对比。在存在背离的情况下，可以采取补救措施。

已知晶片在预对准器2上的位置是具有高准确度的，并且所述晶片必须以所需的准确度被放置在晶片台WT上，即在晶片台WT处所采用的对准系统的捕获范围内被放置在晶片台WT上。为此，装载机器人3设置有对接单元(“耦接装置”)31，所述对接单元31在拾取晶片W时耦接到预对准器2，并在放下晶片W时耦接到晶片台WT。对接单元31可以是球/槽运动学耦接类型，其中球被设置在对接单元31上，槽被设置在预对准器2和晶片台WT上。优选地，对接单元31在两个间隔开的位置处耦接到预对准器2和晶片台WT。出于安全原因，装载机器人3的旋转部分设置有遮光件32，以防止来自曝光位置的任何杂散光逃逸到预对准单元1或过程轨道。

在完全曝光之后，卸载机器人4将晶片W从晶片台WT转移到排出站5。卸载机器人4可以与装载机器人3类似地构造，但不具有如此高的准确度要求。晶片W被从排出站5(也称为基站)带到晶片载体6或过程轨道。卸载机器人4也可以用于将晶片从预对准器2装载到晶片台WT。相反，装载机器人3也可以用于将晶片从晶片台WT转移到排出站5或晶片载体6。

预对准单元1还可以设置有载体输送装置或载体处理器61，所述载体处理器61能够使用不同类型的晶片载体，诸如200mm和300mm的盒载体。载体处理器61可以被配置在光刻投影设备的左侧或右侧，并且被布置成用于接收和(如果适用的话)锁定晶片载体6、检查晶片载体6并为晶片载体6编入索引、以及(如果适用的话)打开载体6并移除晶片。载体处理器61可以用于将被拒绝的晶片或需要进一步处理的晶片存储在晶片载体6中。预对准器2包括温度稳定单元(TSU)8，所述温度稳定单元使晶片达到预定温度。

在图4中，预对准单元1被示出处于第一装载位置。在该位置中，预对准器2包括已经被预对准和调节的晶片71，而装载机器人3被定位成在装载机器人3旋转半圈之后将晶片71转移到晶片台WT。卸载机器人4运载已经在曝光之后从晶片台WT移除的晶片72，并且所述晶片72在卸载机器人4旋转半圈之后将被转移到排放站5。

在图5中，示出了相同的预对准单元1，但装载机器人3的臂33延伸，以用于将晶片71转移到晶片台WT。经曝光的晶片72仍在卸载机器人4上。

图6描绘了光刻设备LA的部件的示意性框图。具体地，图6图示了耦接到存储器604以及一个或多个传感器装置606-612的控制器602。

本文中描述的控制器602的功能可以以存储在包括一个或多个存储介质的存储器(例如，存储器604)上的代码(软件)实现，并且可以被布置成在包括在一个或多个处理单元的处理器上执行。存储介质可以集成到控制器602中和/或与控制器602分离。该代码被配置为使得当被从存储器获取并在处理器上执行时，执行与本文所讨论的实施例一致的操作。替代地，不排除的是，控制器的功能的一些或全部在专用硬件电路(例如，(多个)ASIC、简单电路、门、逻辑)中实现，和/或在可配置硬件电路(如FPGA)中实现。

一个或多个传感器装置606-612中的每个传感器装置被布置成朝向晶片的表面发射光，并且检测从晶片的所述表面反射的光，以便确定传感器装置与晶片的表面之间的距离。

图7图示了两个传感器装置(第一传感器装置606和第二传感器装置608)的俯视图，所述两个传感器装置被集成到TSU 8中，因此传感器系统在例如光刻设备的预对准单元中是串联式的。可以理解的是，传感器装置的数目可以与图7所示的数目不同。图7图示了衬底支撑件704，所述衬底支撑件被布置为支撑晶片的表面。在图7的示例中，衬底支撑件704在晶片的中心处支撑晶片。在该示例中，衬底支撑件704可以是圆形晶片卡盘，其使用真空夹持将晶片夹持处于限定的、翘曲度代表状态，并且衬底支撑件704的上表面支撑晶片。当在一个或多个传感器装置606-612上方的已知校准高度处、在晶片的中心处支撑晶片时，一个或多个传感器装置606-612用于测量在晶片的(靠近边缘的)外部区域处的晶片表面的高度，以便确定晶片的形状。使用已知的校准高度的益处在于，可以考虑到由于额外的晶片夹具而引起的可能变形。

可以通过多种手段确定校准高度，所述多种手段包括但不限于本文公开的那些手段。例如，可以使用具有已知翘曲度和厚度的完全平坦且坚硬的工件或工具，所述工件或工具被定位在传感器装置606、608上方。然后，参考工件的平坦水平表面测量局部高度。然后，可以基于与实际翘曲度相对应的查找表或公式补偿重力下垂。替代地，可以以与专用工件相同的方式使用参考晶片，其中参考晶片被定位在传感器装置606、608上方。然后，可以参考具有重力下垂的平坦晶片测量局部高度。这样的参考晶片可以是任意的平面晶片，或者是已知的工具晶片。然后，可以基于与实际翘曲度相对应的查找表或公式补偿重力下垂。重力下垂的插值也是可以的。在其他替代方案中，可以通过以不同半径测量工具或平面晶片确定校准高度。然后，参考遭受重力下垂的平坦晶片，在不同的半径处测量局部高度，所述不同的半径一起可以包括线段上的测量点。然后，可以基于与实际翘曲度相对应的查找表或公式补偿重力下垂。重力下垂的插值也是可以的。此外，由于半径上的不同高度影响，重力下垂可能不同于翘曲度。对重力下垂的补偿的另一手段可以通过参考传感器装置的位置实现，其中传感器装置被定位在公差上，并且将传感器装置的穿过零位置的表面用作测量参考。然后，参考基于公差的传感器装置测量局部高度，并且可以确定未校正的翘曲度。然后，可以基于与实际翘曲度相对应的查找表或公式补偿重力下垂。

在替代实施例中，衬底支撑件704可以包括两个或更多个边缘支撑件，所述两个或更多个边缘支撑件被布置成在一个或多个传感器装置606-612上方的已知校准高度处、在晶片的边缘处支撑所述晶片。在这些替代实施例中，一个或多个传感器装置606-612用于测量在晶片的中心附近处的晶片表面的高度，以便确定晶片的形状。

如图7所示，每个传感器装置包括光学发射器706和光学接收器708，所述光学发射器706将辐射束发射到晶片的下表面，所述光学接收器708接收从下表面反射的辐射束。辐射束可以从垂直于晶片的平坦水平面的方向发射到晶片的下表面上。一个或多个传感器装置606-612可以是共焦色度传感器。这是有利的，因为即使在轻微的局部晶片角度(例如，由于翘曲形状而形成的角度)下，共焦色度测量原理针对各种晶片背面(光泽度、Si、SiO、SiN、polySi、SiON)的范围(几mm)、准确度(亚μm)和鲁棒性也具有良好的平衡性。此外，通过使用共焦色度测量原理，还可以在足够厚度的透明衬底上测量相变，因此这种类型的传感器可以用于检测背面的水滴。应当注意的是，辐射束不是必须是共焦的和彩色的，例如可以使用白光干涉测量法。

一个或多个传感器装置606-612不执行全表面形状测量(但是可以不止在边缘和中心进行测量)。即，在本发明的实施例中，不需要从传感器测量结果中获得晶片的表面的完整图来导出晶片的形状。

在操作中，控制器602被配置为：(i)基于由(多个)光学接收器708接收的经反射的辐射束，确定在一个或多个传感器装置606-612中的每个传感器装置上方的晶片的表面的至少一个测量高度；(ii)相对于校准高度对晶片的重力下垂进行补偿；以及(iii)基于校准高度和高度测量结果的对比确定晶片的形状。控制器602可以在晶片被夹持并被预对准在TSU 8上之前，确定在一个或多个传感器装置606-612中的每个传感器装置上方的晶片的表面的测量高度。

在针对所有测量，使在TSU 8上方的衬底支撑件704的高度保持相同(例如，通过机械装置，其相对于衬底支撑件704的高度，固定传感器装置的高度)的实施例中，控制器602可以从耦接到控制器602的存储器604取回校准高度。在实施例中，在针对所有测量，没有使在TSU 8上方的衬底支撑件704的高度保持相同(例如，如果衬底支撑件704的高度无法被可靠地定位在TSU 8上方的固定高度处)的实施例中，控制器602可以被配置为基于所接收的从测试晶片的表面反射的辐射束获得校准高度，所述测试晶片具有已知的翘曲度(优选为平坦的)，所述测试晶片在校准过程期间被衬底支撑件704支撑。

通过对比在(多个)传感器上方的晶片的表面的测量高度与校准高度，可以当在(多个)传感器上方的晶片的表面的高度大于或小于校准高度时检测翘曲度。控制器602可以将形状模型拟合到高度测量结果以确定晶片的形状。形状模型可以描述晶片的鞍形、碗形、伞形或半管形，所述鞍形、碗形、伞形或半管形对应于各个晶片的在多个层被添加到晶片上的光刻过程期间将发生的典型翘曲的形状。理论边缘高度轮廓的拟合(由于Stoney方程，因而是双正弦)产生了峰+谷，并因此产生X/Y次翘曲，并且还针对拟合良好度(所测量的高度数据与形状模型所定义的理论预期形状的一致程度)进行测量。以间隔180度定位的两个传感器装置应当感测晶片的相同的测量高度，如果所述两个传感器装置没有感测到相同的测量高度，则这指示晶片中存在缺陷，并将被反映在针对拟合良好度的测量中。

图8示出了图7所示的布置的侧视图，其中衬底支撑件704支撑晶片71的下表面。图8所示的晶片71具有相对极端的翘曲度。在实践中，晶片71的翘曲度将通常基本上小于晶片71的直径。

在一些实施例中，在对晶片71的形状的测量期间，晶片71以及一个或多个传感器装置606-612相对于彼此旋转。这可以通过旋转衬底支撑件704或TSU 8(一个或多个传感器装置606-612被集成在TSU 8中)来实现。

当旋转整个圆周时，收集的数据最多(并且甚至可以使各个传感器头相互对比以具有更好的准确度)，但这是以执行测量所花费的时间为代价的。

因此，控制器602可以被配置为在使晶片和至少一个传感器装置相对于彼此旋转小于270度的角度、优选地小于225度的角度、以及更优选地小于180度的角度时，确定在一个或多个传感器装置606-612中的每个传感器装置上方的晶片71的下表面的高度。

为了进一步减少执行测量所花费的时间，控制器可以被配置为在使晶片和至少一个传感器装置相对于彼此旋转小于135度的角度、优选地小于90度的角度、以及更优选地小于45度的角度时，确定在至少一个传感器装置中的每个传感器装置上方的晶片的下表面的高度。

当仅使用单个传感器装置(即第一传感器装置606)时，晶片71和第一传感器装置606可以相对于彼此旋转晶片的整个圆周(即，旋转360度的角度)。然而，这不是必需的，晶片和至少一个传感器装置可以相对于彼此旋转小于360度的角度。

附加地或替代地，在对晶片71的形状的测量期间，晶片71以及一个或多个传感器装置606-612可以相对于彼此线性移动。这可以通过衬底支撑件704和/或TSU 8(一个或多个传感器装置606-612被集成在所述TSU 8中)的线性致动来实现。传感器装置相对于晶片的线性移动可以与传感器装置和晶片的相对旋转相结合。传感器装置相对于晶片的线性运动和旋转运动的组合可以有利地使得在更短的时间段内对更大的区域进行测量。

将理解的是，增加传感器装置的数目并将多个传感器装置定位在TSU 8中的适当位置，会减少旋转运动和/或线性运动的量，并因此减少执行测量所需的时间。

图7和图8图示了两个传感器装置(第一传感器装置606和第二传感器装置608)被集成到TSU 8中的示例。当晶片由衬底支撑件704支撑时，第一传感器装置606沿着第一半径R1定位，使得第一传感器装置606的光学发射器706和光学接收器708位于晶片下方。第一传感器装置606可以是沿着第一半径R1定位的唯一传感器装置。即，在一些实施例中，在不需要晶片的完整图来导出晶片的形状的情况下，不存在沿着第一半径R1定位的传感器装置的“串”。当晶片由衬底支撑件704支撑时，第二传感器装置608沿着第二半径R2定位，使得第二传感器装置608的光学发射器706和光学接收器708位于晶片下方。第二传感器装置608可以是沿着第二半径R2定位的唯一传感器装置。即，在一些实施例中，如果不需要晶片的完整图来导出晶片的形状，则没有沿着第二半径R2定位的传感器装置的“串”。

第一传感器装置606可以与第二传感器装置608相隔45度和270度之间的角度、优选地相隔90度和225度之间的角度、更优选地相隔135度和180度之间的角度。

当仅使用两个传感器装置时，晶片71和两个传感器装置可以针对晶片的整个圆周相对于彼此旋转。然而，这不是必须的，并且晶片和两个传感器装置可以以小于360度的角度相对于彼此旋转。例如，晶片和两个传感器装置可以以介于30度和180度之间的角度、更优选地介于45度和90度之间的角度相对于彼此旋转。在晶片71相对于两个传感器装置旋转期间，两个传感器装置中的每个传感器装置收集各自传感器装置上方的晶片的高度的多个距离测量结果。仅作为示例，两个传感器装置中的每个传感器装置可以在晶片71相对于两个传感器装置旋转45度期间收集10个测量结果，其中每个测量结果取自晶片的不同部分。

第一传感器装置606的光学发射器706和光学接收器708被定位成沿着第一半径R1与中央的衬底支撑件704相距第一距离。第二传感器装置608的光学发射器706和光学接收器708被定位成沿着第二半径R2与中央的衬底支撑件704相距第二距离，其中第一距离和第二距离可以是相同的或不同的。

三个或更多个传感器装置可以被集成到TSU 8中。图9图示了三个传感器装置(第一传感器装置606、第二传感器装置608和第三传感器装置610)被集成到TSU 8中的示例。

当晶片由衬底支撑件704支撑时，第三传感器装置610沿着晶片的第三半径R3定位。第三传感器装置610可以是沿着第三半径R3定位的唯一传感器装置。即，在一些实施例中，如果不需要晶片的完整图来导出晶片的形状，则没有沿着第三半径R3定位的传感器装置的“串”。

第三传感器装置606的光学发射器706和光学接收器708被定位成沿着第三半径R3与中央的衬底支撑件704相距第三距离。第三距离可以与第一距离和第二距离相同或不同。

三个传感器装置可以相对于彼此相隔120度或约120度的角度间隔(例如，三个传感器装置中的两个传感器装置可以相对于彼此相隔110度和130度之间的角度间隔)。

当使用三个传感器装置时，晶片71和三个传感器装置可以针对晶片的整个圆周相对于彼此旋转。然而，这不是必须的，并且晶片和三个传感器装置可以以小于360度的角度相对于彼此旋转。例如，晶片和两个传感器装置可以以介于45度和180度之间的角度、优选地介于90度和135度之间的角度、更优选地以120度的角度相对于彼此旋转。将理解的是，利用更多的传感器装置，可以用更小的旋转跨度扫描晶片的整个圆周。

虽然图9示出了三个传感器装置，但如上所述，三个或更多个传感器装置可以集成到TSU 8中，并根据本公开的实施例用于测量晶片的形状。

在一些实施例中，对晶片71的形状的测量是在晶片71和一个或多个传感器装置606-612相对于彼此旋转期间、在对中阶段期间执行的。对中阶段需要以足够的X/Y/Rz准确度将晶片放置在晶片台WT上。对中阶段包括当晶片在中心的衬底支撑件704上被旋转到特定角度(Rz)取向时的径向位移，以校正两个自由度2DOF。在校正之前，通过旋转衬底支撑件704上的晶片，并测量晶片边缘位置和晶片上的切口的角度取向来确定偏心率。在对中之后，重复该测量作为检查。因此，根据本公开的实施例，该旋转运动也可以同时用于高度测量。

我们已经在上文描述了在对晶片71的形状的测量期间，晶片71和一个或多个传感器装置606-612如何可以线性地移动或相对于彼此旋转。在使用多个传感器装置的其他实施例中，不存在旋转或线性运动，并且在对晶片71的形状的测量期间，晶片71和多个传感器装置是旋转且线性静止的。即，控制器602被配置为在衬底和多个传感器装置是旋转且线性静止时，确定多个传感器装置中的每个传感器装置上方的衬底的晶片的高度。

当使用三个传感器装置时，可以在多个传感器装置相对于晶片不旋转的情况下实现对晶片的形状的测量，因为边缘高度轮廓描述了其相位、振幅以及平均值可以根据3个静态采样的测量点(相对于相同高度处的平坦晶片测量结果)进行估计的双正弦，只要传感器没有以冗余布局进行放置(例如，彼此相对放置)即可。具体地，翘曲晶片的抛物线描述h＝C1*x^2+C2*y^2意味着，固定半径处的高度由角位置alpha上的双余弦：h＝A*cos(2*alpha+phi)+C描述。振幅A、相位偏移phi以及高度偏移C是所提到的其他参数，这些参数一起描述了晶片的在两个方向上的翘曲度以及晶片的角度取向。在三个高度测量点的情况下(所述三个高度测量点由TSU 8中的在非冗余位置处的三个静态传感器装置测量，所述三个静态传感器装置例如相隔120度的角度间隔)，参数A、C和phi可以通过简单的计算来估计。则两个方向上的翘曲度为：C+A(峰)和C-A(谷)。相位偏移phi需要用于稍后的预对准中，然后进行回溯并确定哪个翘曲属于哪个准确的轴(X或Y)。

在预对准之后，晶片的Rz取向和X/Y位置是已知的，因此即使是两个静态采样的传感器装置也足以估计X/Y翘曲度。具体地，由于对准和曝光，晶片在晶片台WT上的角度取向需要非常准确。在用非常可重复和可再现的机器人移动转移到晶片台WT之前，衬底支撑件704上的角度取向也是非常准确的。晶片翘曲度遵循晶片的晶格，这意味着利用预对准后的已知晶片取向，可以直接测量两个特定的固定传感器位置(例如，相隔90度的位置)处的X方向和Y方向上的翘曲度，而无需在测量期间旋转晶片。

在多个传感器装置相对于晶片不旋转的情况下对晶片的形状的测量可以在参考上文所述的对中阶段之前或之后执行。在对中阶段之后执行的在多个传感器装置相对于晶片不旋转的情况下的对晶片的形状的测量，相比于在对中阶段之前执行的所述测量可以获得更高的准确度。这是由于晶片的XY偏移引入了测量干扰，因为a)由于重力引起的晶片变形不是像预期那样、b)传感器装置将在晶片表面的另一位置处进行测量、以及c)XY偏移可能导致不可预测的衬底倾斜。

在另一实施例中，晶片可以在测量之间翻转，使得相对表面由根据本发明的一个或多个传感器装置测量。有利地，重力下垂可以通过来自每个表面的测量结果的线性相关性进行补偿。这可以通过例如简单的相加或相减数据操作实现。

一旦通过控制器602测量晶片的形状，则可以以许多不同的方式(所述方式包括曝光准确度、晶片处理和数据收集)使用关于晶片的形状的信息。对拟合良好度的测量也可以用于以下示例中。

在一个示例中，可以根据晶片的形状进行曝光校正以获取准确度。具体地，内部晶片应力和局部变形度可以被预测，并且可以针对对准设置、成像设置或晶片定位设置进行校正。特别地，代替在已知系统中实施的基于较大批次的校正回路，可以对由于翘曲而引起的晶片到晶片的变化进行校正。

在另一示例中，可以根据晶片的形状进行晶片夹持校正以获取准确度。晶片台WT上的晶片夹持包括气动设置(如(i)回充气体的流速，所述回充气体流过晶片与晶片夹具之间的间隙以提供对晶片的热调节，和/或(ii)晶片与晶片夹具之间的局部瞬时压力)以及(在对接到晶片台WT上之前/期间的e-引脚的)移动，所述移动确定了晶片中的局部应力和变形，并因此确定了后续对准和曝光的准确度。在已知翘曲度的情况下，可以应用例如经优化的流速(在适当的时刻刚好足够高以压平和夹紧，但不是太高以仅引起最小的应力)，从而改善批次之间的重叠，但特别地，还改善晶片到晶片的重叠。针对不同的晶片，该流速可以不是随时间恒定的。

在另一示例中，晶片的形状可以用于修改处理位置/高度参数，以使得能够在光刻设备的内部处理站(例如，夹具、p卡盘、其他卡盘位置)之间成功对接。具体地，可以使用翘曲相关的高度，因此当晶片局部地处于与针对平坦的晶片预期的位置稍微不同的位置时，不会出现真空误差。

在另一示例中，晶片的形状可以用于修改处理位置/高度/气动参数，以防止晶片和/或机器损坏。例如，可以应用翘曲相关的处理高度，以使具有特定翘曲的晶片适合于两个相对物之间(碗状晶片从典型的处理位置向上突出得更多，伞状晶片从典型的处理位置向下突出得更多)。此外，例如在TSU 8本身上，所施加的空气压力的量可以依赖于晶片的形状进行控制(伞状晶片在边缘处需要更大的空气压力，以确保当晶片旋转时所述晶片不会触碰和刮擦)。

在光刻设备发生故障的情况下，可以将关于晶片的形状的信息存储在存储器中。然后，可以在对机器故障的诊断期间使用晶片的形状。

关于晶片的形状的信息也可以用于光刻设备外部的过程控制。例如，晶片的形状可以被作为反馈/校正回路的部分的其他测量工具或晶片处理工具(诸如，蚀刻机)使用。

尽管在本文中可以具体地参考光刻设备在IC制造中的使用，但是应当理解，本文中描述的光刻设备可以具有其他应用。可能的其他应用包括制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。

尽管在本文中可以在光刻设备的上下文中具体参考本发明的实施例，但是本发明的实施例可以在其他设备中使用。即，本发明的实施例不限于测量晶片的形状，并且可以扩展成测量其他衬底的形状。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、光刻设备、或者测量或处理诸如晶片(或其他衬底)或掩模(或其他图案形成装置)的物体的任何设备的部分。这些设备通常可以称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。

尽管上面可能已经在光学光刻的上下文中具体参考了本发明的实施例的使用，但是应当理解，本发明不限于光学光刻，并且在上下文允许的情况下，本发明可以在例如压印光刻的其他应用中使用。

尽管上面已经描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，本发明可以以不同于所描述的方式来实践。上面的描述旨在是说明性的，而不是限制性的。因此，对于本领域技术人员将很清楚的是，可以在不脱离下面阐述的权利要求的范围的情况下，对所描述的本发明进行修改。在以下编号的条项中阐述了本发明的其他方面：

1.一种传感器系统，所述传感器系统用于测量衬底的形状，所述传感器系统包括：

衬底支撑件，所述衬底支撑件支撑所述衬底的表面，

至少一个传感器装置，每个传感器装置包括光学发射器和光学接收器，所述光学发射器向所述衬底的表面发射辐射束，所述光学接收器接收从所述表面反射的所述辐射束；和

控制器，所述控制器被配置为：

基于所接收的辐射束，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度；

相对于校准高度对所述衬底的重力下垂进行补偿；以及

基于所述校准高度与所述至少一个测量高度的对比确定所述衬底的形状。

2.根据条项1所述的传感器系统，其中所述校准高度是预定的，并且所述校准高度通过从耦接到所述控制器的存储器中取回校准高度被获得。

3.根据条项1所述的传感器系统，其中所述控制器被配置为基于所接收的从由所述衬底支撑件支撑的测试衬底的表面反射的辐射束，获得所述校准高度。

4.根据前述条项中的任一项所述的传感器系统，其中所述控制器被配置为在所述衬底和所述至少一个传感器装置相对于彼此旋转时，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度。

5.根据条项4所述的传感器系统，其中所述衬底支撑件被配置为相对于所述至少一个传感器装置旋转。

6.根据条项4所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器装置被配置为相对于所述衬底支撑件旋转。

7.根据前述条项中的任一项所述的传感器系统，其中所述控制器被配置为在所述衬底和所述至少一个传感器装置相对于彼此线性移动时，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度。

8.根据条项7所述的传感器系统，其中所述衬底支撑件被配置为相对于所述至少一个传感器装置线性移动。

9.根据条项7所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器装置被配置为相对于所述衬底支撑件线性移动。

10.根据前述条项中的任一项所述的传感器系统，其中所述控制器被配置为在所述衬底和所述至少一个传感器装置相对于彼此旋转小于270度的角度，优选地小于225度的角度，更优选地小于180度的角度时，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度。

11.根据前述条项中的任一项所述的传感器系统，其中所述控制器被配置为在所述衬底和所述至少一个传感器装置相对于彼此旋转小于135度的角度，优选地小于90度的角度，更优选地小于45度的角度时，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度。

12.根据条项1至3中任一项所述的传感器系统，其中所述控制器被配置为在所述衬底和所述至少一个传感器装置旋转静止时，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度。

13.根据前述条项中的任一项所述的传感器系统，其中所述衬底支撑件被配置为将所述衬底真空夹持到所述衬底支撑件。

14.根据前述条项中的任一项所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器装置包括：

第一传感器装置，所述第一传感器装置沿着所述衬底的第一半径定位；和

第二传感器装置，所述第二传感器装置沿着所述衬底的第二半径定位，所述第一半径不同于所述第二半径。

15.根据条项14所述的传感器系统，其中所述第一传感器装置是所述至少一个传感器装置中的沿着所述第一半径定位的唯一传感器装置。

16.根据条项14或15所述的传感器系统，其中所述第二传感器装置是所述至少一个传感器装置中的沿着所述第二半径定位的唯一传感器装置。

17.根据条项14至16中任一项所述的传感器系统，其中所述第一半径和所述第二半径相隔45度和270度之间的角度，优选地相隔90度和225度之间的角度，更优选地相隔135度和180度之间的角度。

18.根据条项14至17中任一项所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器装置包括：

第三传感器装置，所述第三传感器装置沿着所述衬底的第三半径定位，所述第三半径与所述第一半径和所述第二半径不同。

19.根据条项18所述的传感器系统，其中所述第三传感器装置是所述至少一个传感器装置中的沿着所述第三半径定位的唯一传感器装置。

20.根据条项1至11中任一项所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器装置仅包括单个传感器装置。

21.根据前述条项中的任一项所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器装置中的一个或多个传感器装置是共焦色度传感器装置。

22.一种光刻设备，所述光刻设备包括根据前述条项中的任一项所述的传感器系统。

Claims (22)

1.一种传感器系统，所述传感器系统用于测量衬底的形状，所述传感器系统包括：

衬底支撑件，所述衬底支撑件支撑所述衬底的表面，

至少一个传感器装置，每个传感器装置包括光学发射器和光学接收器，所述光学发射器向所述衬底的表面发射辐射束，所述光学接收器接收从所述表面反射的所述辐射束；和

控制器，所述控制器被配置为：

基于所接收的辐射束，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度；

相对于校准高度对所述衬底的重力下垂进行补偿；以及

基于所述校准高度与所述至少一个测量高度的对比确定所述衬底的形状。

2.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述校准高度是预定的，并且所述校准高度通过从耦接到所述控制器的存储器中取回校准高度而被获得。

3.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述控制器被配置为基于所接收的从由所述衬底支撑件支撑的测试衬底的表面反射的辐射束，获得所述校准高度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中所述控制器被配置为在所述衬底和所述至少一个传感器装置相对于彼此旋转时，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度。

5.根据权利要求4所述的传感器系统，其中所述衬底支撑件被配置为相对于所述至少一个传感器装置旋转。

6.根据权利要求4所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器装置被配置为相对于所述衬底支撑件旋转。

7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中所述控制器被配置为在所述衬底和所述至少一个传感器装置相对于彼此线性移动时，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度。

8.根据权利要求7所述的传感器系统，其中所述衬底支撑件被配置为相对于所述至少一个传感器装置线性移动。

9.根据权利要求7所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器装置被配置为相对于所述衬底支撑件线性移动。

10.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中所述控制器被配置为在所述衬底和所述至少一个传感器装置相对于彼此旋转小于270度的角度，优选地小于225度的角度，更优选地小于180度的角度时，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度。

11.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中所述控制器被配置为在所述衬底和所述至少一个传感器装置相对于彼此旋转小于135度的角度，优选地小于90度的角度，更优选地小于45度的角度时，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度。

12.根据权利要求1至3中的任一项所述的传感器系统，其中所述控制器被配置为在所述衬底和所述至少一个传感器装置旋转静止时，确定所述至少一个传感器装置的每个传感器装置上方的衬底的表面的至少一个测量高度。

13.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中所述衬底支撑件被配置为将所述衬底真空夹持到所述衬底支撑件。

14.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器装置包括：

第一传感器装置，所述第一传感器装置沿着所述衬底的第一半径定位；和

第二传感器装置，所述第二传感器装置沿着所述衬底的第二半径定位，所述第一半径不同于所述第二半径。

15.根据权利要求14所述的传感器系统，其中所述第一传感器装置是所述至少一个传感器装置中的沿着所述第一半径定位的唯一传感器装置。

16.根据权利要求14或15所述的传感器系统，其中所述第二传感器装置是所述至少一个传感器装置中的沿着所述第二半径定位的唯一传感器装置。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的传感器系统，其中所述第一半径和所述第二半径相隔45度和270度之间的角度，优选地相隔90度和225度之间的角度，更优选地相隔135度和180度之间的角度。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器装置包括：

第三传感器装置，所述第三传感器装置沿着所述衬底的第三半径定位，所述第三半径与所述第一半径和所述第二半径不同。

19.根据权利要求18所述的传感器系统，其中所述第三传感器装置是所述至少一个传感器装置中的沿着所述第三半径定位的唯一传感器装置。

20.根据权利要求1至11中任一项所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器装置仅包括单个传感器装置。

21.根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器装置中的一个或多个传感器装置是共焦色度传感器装置。

22.一种光刻设备，所述光刻设备包括根据前述权利要求中任一项所述的传感器系统。