一種套刻誤差測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種套刻誤差測量裝置及方法，采用寬波段光源，其發(fā)出的寬波段測量光束經(jīng)分束鏡轉(zhuǎn)折后通過物鏡正入射到套刻測量標(biāo)記上并發(fā)生衍射，衍射光經(jīng)過物鏡和分束鏡后被第一探測器接收，可由此測得衍射光強，并進一步計算高級次衍射光光譜強度的非對稱性得到套刻誤差，采用寬波段測量范圍廣，具有良好的工藝適應(yīng)性，而正入射的測量光束，使得焦深大，降低了對測量焦面位置的控制難度，從而提高了實際測量中的可行性，并能夠獲取高精度的測量結(jié)果。
【專利說明】一種套刻誤差測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域的設(shè)備，特別涉及一種應(yīng)用于光刻測量技術(shù)中的套刻誤差測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)組織(InternationalTechnology Roadmap forSemiconductors, ITRS)給出的光刻測量技術(shù)路線圖，隨著光刻圖形關(guān)鍵尺寸(⑶)進入22nm及以下工藝節(jié)點,特別是雙重曝光(Double Patterning)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對光刻工藝參數(shù)套刻(overlay)的測量精度要求已經(jīng)進入亞納米領(lǐng)域。由于成像分辨率極限的限制，傳統(tǒng)的基于成像和圖像識別的套刻測量技術(shù)(Imaging-Based overlay(IBO))已逐漸不能滿足新的工藝節(jié)點對套刻測量的要求?；谘苌涔馓綔y的套刻測量技術(shù)(Diffraction-Basedoverlay (DBO))正逐步成為套刻測量的主要手段。
[0003]美國專利US7791727B2 (下文稱文獻I)公開了一種DBO技術(shù)，該技術(shù)通過測量套亥IJ標(biāo)記衍射光角分辨譜中相同衍射級次間的非對稱性得到套刻誤差，衍射光的衍射角隨入射光入射角度變化而改變，所謂衍射光角分辨譜是指不同角度的入射光在被套刻標(biāo)記衍射后衍射光在不同角度形成的光強分布，如其公式6所示，中國專利CN1916603也公開了類似的技術(shù)，其中圖10是一種環(huán)形照明模式下，各個衍射級次的角分辨譜在CCD探測器上的分布情況。
[0004]文獻I中的Fig.3是該技術(shù)方案的裝置結(jié)構(gòu)圖，光源2發(fā)出的光經(jīng)干涉濾波裝置30后形成窄帶寬的入射光，物鏡LI將入射光匯聚到硅片的套刻標(biāo)記上。探測器32位于物鏡的后焦面，套刻標(biāo)記的衍射光被物鏡收集后被探測器接受。探測器測得套刻標(biāo)記各個角度衍射光的角分辨譜。為了獲得大范圍的角分辨譜，該方案中使用大數(shù)值孔徑(numericalaperture,NA)的物鏡。由于不同波長的衍射光的衍射角度不同，為了防止不同波長角分辨譜間的重疊，該方案采用干涉濾波裝置對光源進行濾波，形成窄帶寬的測量光。原則上，該方案只能一次測量一個波長下的反射光角分辯譜。為了進行多波長測量，F(xiàn)ig.6，7提供了一種在物鏡光瞳面進行分光的方案，以便同時測量多個分立波長下的角分辯譜。
[0005]盡管如此，文獻I仍然只能測量有限個分立的波長。從其描述中可知，首先，該方案用于套刻誤差測量的測量光波長范圍有限，面對復(fù)雜的半導(dǎo)體制造工藝，可能存在一定的工藝適應(yīng)性問題。例如，若測量波長正好是膜厚的4倍，則容易發(fā)生干涉效應(yīng)而使反射率大大降低，從而造成測量精度的下降；其次，該方案使用的大NA物鏡方案，具有很小的焦深范圍。一般而言，該角分辨譜測量方案中，測量光使用的有效孔徑大于0.9，以典型測量波長600nm計算，則其有效焦深范圍不到lum，因此，在測量過程中必須對焦面位置進行高精度的控制，這將影響測量速度和精度；若焦面控制不力，則測量光斑極易擴散到被測套刻標(biāo)記外，形成大量雜光；再次，該方案一般一次只能用于測量單個套刻方向，當(dāng)同時測量兩個方向時，兩個方向的角分辨譜可能相互疊加，因此只能縮小角分辨譜包含的角度范圍，信息量減少，影響精度。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種套刻誤差測量裝置及方法，提高工藝適應(yīng)性、降低焦面的控制難度并提高測量精度。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種套刻誤差測量裝置，包括:
[0008]寬波段光源，產(chǎn)生寬波段的測量光束；
[0009]分束鏡，所述分束鏡位于所述測量光束的光路徑上，使所述測量光束折轉(zhuǎn)；
[0010]物鏡，所述物鏡接收并匯聚所述折轉(zhuǎn)后的測量光束使其正入射到套刻測量標(biāo)記上，同時收集從套刻測量標(biāo)記上衍射的衍射光；
[0011]第一探測器，所述第一探測器探測經(jīng)所述物鏡收集并經(jīng)所述分束鏡透射的衍射光的衍射光譜。
[0012]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述匯聚后的測量光束中心光線垂直于所述套刻測量標(biāo)記，邊緣光線與所述中心光線具有小于30°的夾角。
[0013]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述邊緣光線與所述中心光線具有小于20°的夾角。
[0014]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述寬波段光源的波段包括可見光波段、紫外波段及紅外波段。
[0015]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述寬波段光源為氙燈、氘燈及鹵素?zé)舻囊环N或多種的組合。
[0016]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述第一探測器上顯示測得的衍射光譜。
[0017]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述第一探測器為二維陣列探測器。
[0018]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述第一探測器位于所述物鏡的瞳面。
[0019]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述第一探測器位于所述物鏡的瞳面的光學(xué)共軛面。
[0020]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述套刻誤差測量裝置還包括起偏器，所述起偏器位于寬波段光源和分束鏡之間的光路徑上，所述起偏器產(chǎn)生偏振測量光束。
[0021]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述偏振測量光束為TE模的偏振測量光束。
[0022]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述偏振測量光束為TM模的偏振測量光束。
[0023]可選的，所述套刻誤差測量裝置還包括依次排列在寬波段光源和分束鏡之間的光路徑上的濾光裝置、中繼鏡組及可變孔徑光闌。
[0024]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述濾光裝置為干涉式的濾波片。
[0025]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述濾光裝置為單色儀。
[0026]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述濾光裝置為聲光調(diào)制器。
[0027]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述濾光裝置包括帶通濾光片。
[0028]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，還包括中繼鏡組及可變孔徑光闌，所述可變孔徑光闌用于產(chǎn)生特定空間頻率分布的測量光束。
[0029]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述套刻誤差測量裝置還包括反射鏡、成像系統(tǒng)及第二探測器，所述反射鏡位于分束鏡和第一探測器之間的光路徑上的，并經(jīng)所述成像系統(tǒng)成像到第二探測器上。
[0030]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述第二探測器位于所述物鏡瞳面的光學(xué)共軛面上。
[0031]可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述成像系統(tǒng)為放大系統(tǒng)。
[0032]本發(fā)明提供一種套刻誤差測量方法，包括:
[0033]利用如上所述的套刻誤差測量裝置，發(fā)射出正入射的測量光束到第一套刻測量標(biāo)記和第二套刻測量標(biāo)記上；
[0034]由所述第一探測器探測衍射光譜，并計算出套刻誤差
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種套刻誤差測量裝置，其特征在于，包括: 寬波段光源，產(chǎn)生寬波段的測量光束； 分束鏡，所述分束鏡位于所述測量光束的光路徑上，使所述測量光束折轉(zhuǎn)； 物鏡，所述物鏡接收并匯聚所述折轉(zhuǎn)后的測量光束使其正入射到套刻測量標(biāo)記上，同時收集從套刻測量標(biāo)記上衍射的衍射光； 第一探測器，所述第一探測器探測經(jīng)所述物鏡收集并經(jīng)所述分束鏡透射的衍射光的衍射光譜。
2.如權(quán)利要求1所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述匯聚后的測量光束中心光線垂直于所述套刻測量標(biāo)記，邊緣光線與所述中心光線具有小于30°的夾角。
3.如權(quán)利要求2所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述邊緣光線與所述中心光線具有小于20°的夾角。
4.如權(quán)利要求1所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述寬波段光源的波段包括可見光波段、紫外波段及紅外波段。
5.如權(quán)利要求1所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述寬波段光源為氙燈、氘燈及鹵素?zé)舻囊环N或多種的組合。
6.如權(quán)利要求1所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述第一探測器上顯示測得的衍射光譜。
7.如權(quán)利要求1所述`的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述第一探測器為二維陣列探測器。
8.如權(quán)利要求1所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述第一探測器位于所述物鏡的瞳面。
9.如權(quán)利要求1所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述第一探測器位于所述物鏡的瞳面的光學(xué)共軛面。
10.如權(quán)利要求1所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述套刻誤差測量裝置還包括起偏器，所述起偏器位于寬波段光源和分束鏡之間的光路徑上，所述起偏器產(chǎn)生偏振測量光束。
11.如權(quán)利要求10所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述偏振測量光束為TE模的偏振測量光束。
12.如權(quán)利要求10所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述偏振測量光束為TM模的偏振測量光束。
13.如權(quán)利要求1所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述套刻誤差測量裝置還包括依次排列在寬波段光源和分束鏡之間的光路徑上的濾光裝置、中繼鏡組及可變孔徑光闌。
14.如權(quán)利要求13所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述濾光裝置為干涉式的濾波片。
15.如權(quán)利要求13所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述濾光裝置為單色儀。
16.如權(quán)利要求13所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述濾光裝置為聲光調(diào)制器。
17.如權(quán)利要求13所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述濾光裝置包括帶通濾光片。
18.如權(quán)利要求1所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述套刻誤差測量裝置還包括反射鏡、成像系統(tǒng)及第二探測器，所述反射鏡位于分束鏡和第一探測器之間的光路徑上，耦合出O級衍射光，并經(jīng)所述成像系統(tǒng)成像到第二探測器上。
19.如權(quán)利要求18所述的套刻誤差測量裝置，其特征在于，所述第二探測器位于所述物鏡瞳面的光學(xué)共軛面上。
20.一種套刻誤差測量方法，其特征在于，包括: 利用如權(quán)利要求1~19中任一項所述的套刻誤差測量裝置，發(fā)射出正入射的測量光束到第一套刻測量標(biāo)記和第二套刻測量標(biāo)記上； 由所述第一探測器探測衍射光譜，并計算出套刻誤差
21.如權(quán)利要求20所述的套刻誤差測量方法，其特征在于，由所述第一探測器探測衍射光譜，并計算出套刻誤差包括如下步驟: 探測衍射光譜的+1級衍射光強和-1級衍射光強，得到+1級衍射光強和-1級衍射光強的非對稱性
Aright_I+iR_1-1R_k ( ε + Δ ),
Aleft=I+1L-1-1L=k ( ε -Δ )； 由上述+1級衍射光強和-1級衍射光強的非對稱性計算得到套刻誤差
22.如權(quán)利要求20所述的套刻誤差測量方法，其特征在于，所述套刻誤差的范圍為小于等于套刻標(biāo)記周期的四分之一。
23.如權(quán)利要求20所述的套刻誤差測量方法，其特征在于，所述第一套刻測量標(biāo)記和第二套刻測量標(biāo)記均包括形成在襯底上的第一層光柵結(jié)構(gòu)和形成在第一層光柵結(jié)構(gòu)上的第二層光柵結(jié)構(gòu)，所述套刻測量標(biāo)記兩層光柵結(jié)構(gòu)間具有一預(yù)設(shè)偏移量Λ。
24.如權(quán)利要求23所述的套刻誤差測量方法，其特征在于，所述第一套刻測量標(biāo)記的兩層光柵結(jié)構(gòu)和第二套刻測量標(biāo)記的兩層光柵結(jié)構(gòu)具有相反的預(yù)設(shè)偏移量。
25.如權(quán)利要求23所述的套刻誤差測量方法，其特征在于，所述第一層光柵結(jié)構(gòu)由曝光圖形經(jīng)包括顯影、刻蝕及沉積工藝形成。
26.如權(quán)利要求23所述的套刻誤差測量方法，其特征在于，所述第二層光柵結(jié)構(gòu)為曝光、顯影后的光刻膠圖形。
【文檔編號】G03F7/20GK103777467SQ201210402315
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月19日
【發(fā)明者】陸海亮, 王帆 申請人:上海微電子裝備有限公司