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（InternationalTechnologyRoadmapfor Semicomluctors，ITR巧給出的光刻測量技術(shù)路線圖，隨著光刻圖形關(guān)鍵尺寸（CD)進(jìn) 入22皿及W下工藝節(jié)點，特別是雙重曝光值oublePatterning)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(jìn)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-Basedoverlay,IB0) 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) 值iffraction-Basedoverlay,DB0)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(xiàn)1)公開了一種DB0技術(shù)，該技術(shù)通過測量套 刻標(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(xiàn)1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L1將入射光匯聚到娃片的套刻標(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（numerical aperture,ΝΑ)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(jìn)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(jìn)行多波長測量，F(xiàn)ig. 6, 7提供了 一種在物鏡光瞳面進(jìn)行分光的方案，W便同時測量多個分立波長下的角分辯譜。盡管如此， 文獻(xiàn)1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 女口，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,W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(jìn)行高精度的控制，送將影響測 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，造成信息量的減少，將影響 套刻測量精度。再次，該方案在進(jìn)行套刻計算時，為計算+/-1級光非對稱性，需要將所對 應(yīng)的+/-1級光相減，送對光瞳中必的求解精度要求極高，而基于邊緣提取光瞳中必測校方 式，往往不能夠滿足其精度需求，從而影響套刻測量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的一個目的在于解決檢測套刻誤差時測量波長不能使用寬波段，W提高測 量工藝適應(yīng)性的問題。
[0006] 本發(fā)明的另一個目的在于解決檢測套刻誤差時光能利用率較低，測量信號獲取時 間較長。
[0007] 本發(fā)明的另一個目的在于解決檢測套刻誤差時，焦深小，焦面控制困難的問題。
[0008] 本發(fā)明的另一個目的在于解決檢測套刻誤差時，在利用高級次光測量套刻誤差 時，有效信號少的問題。
[0009] 本發(fā)明的另一個目的在于解決檢測套刻誤差時，光瞳中必測校精度難W控制，影 響非對稱性計算精度。
[0010] 本發(fā)明的另一個目的在于解決檢測套刻誤差時，衍射光信號經(jīng)過物鏡不同區(qū)域， 物鏡透過率不同，影響套刻測量精度的問題。
[0011] 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，用于測量放置于工件 臺上的被測對象的套刻誤差，所述被測對象為周期性結(jié)構(gòu)，包括：
[0012] 光源系統(tǒng)、分光鏡、顯微物鏡、透鏡組、監(jiān)測光柵及探測器；其中，所述光源系統(tǒng)提 供寬波段線光源W產(chǎn)生測量光束；所述測量光束入射到分光鏡上后反射和透射；反射光通 過顯微物鏡后W不同的入射角投射到被測對象上發(fā)生反射和衍射，并再次通過所述顯微物 鏡達(dá)到探測器上，形成衍射光譜測量信號；透射光經(jīng)過透鏡組后投射在與被測對象共輛且 周期相同的檢測光柵上，所述檢測光柵傾斜放置，使得透射光投射在檢測光柵上后，0級光 被檢測光柵反射至光路之外，返回的+1級光或-1級光依次經(jīng)過透鏡組和分光鏡到達(dá)探測 器上，形成衍射光監(jiān)測信號，所述衍射光譜測量信號可相對衍射光譜監(jiān)測信號做歸一化處 理；
[0013] 當(dāng)測得所述被測對象的衍射光譜測量信號后，所述工件臺帶動所述被測對象相對 原位置旋轉(zhuǎn)180度，在所述顯微物鏡相同位置處測得所述被測對象旋轉(zhuǎn)后的衍射光譜測量 信號，根據(jù)旋轉(zhuǎn)前后獲得的衍射光譜測量信號求得所述套刻誤差。
[0014] 可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述光源系統(tǒng)包括光源、光源整形系統(tǒng)及 準(zhǔn)直系統(tǒng)，光源發(fā)出光產(chǎn)生二維的面光源，經(jīng)過所述光源整形系統(tǒng)后，形成一維的線光源， 所述線光源經(jīng)過準(zhǔn)直系統(tǒng)形成平行光后得到所述測量光束。
[0015] 可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述光源為白光光源，或者由若干個分立 譜線組成的復(fù)合光源。
[0016] 可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述光源整形系統(tǒng)為若干個光纖組成的 光纖簇，所述光纖簇靠近光源處的一端W二維面排布，在另一端W線形排布。
[0017] 可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述光源整形系統(tǒng)為若干個光纖組成的 光纖簇，所述光纖簇靠近光源處的一端維面排布，在另一端W線形排布。
[0018] 可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述Η維面為半球形或楠球形，每一光纖 的入射面與所述Η維面相切。
[0019] 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一起偏器 和一檢偏器，所述起偏器位于光源與分光鏡之間，所述檢偏器位于所述分光鏡與探測器之 間。
[0020] 可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述起偏器與分光鏡之間設(shè)置有一補償 器，通過旋轉(zhuǎn)補償器W測得測量光束偏振態(tài)的反射率變化和位相變化。
[0021] 可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述起偏器與光源之間還設(shè)置有一濾光 裝置。
[0022] 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，單色 儀，或聲光調(diào)制器。
[0023] 本發(fā)明提供一種套刻誤差測量方法，利用所述的套刻誤差測量裝置進(jìn)行套刻誤差 測量。
[0024] 可選的，對于所述的套刻誤差測量方法，所述被測對象包括位于同一平面上的第 一被測對象和第二被測對象，每個被測對象各包括上下兩層光柵；
[00巧]通過將第一被測對象旋轉(zhuǎn)180°，在光瞳相同位置處分別獲得旋轉(zhuǎn)前后的正、負(fù)級 次衍射光譜，測得第一被測對象的光強的非對稱性Afigh