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 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1)公開了一種DB0技術(shù)。該技術(shù)通過測量套 刻標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記上。探測器32位于物 鏡的后焦面，套刻標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，W便同時測量多個分立波長下的角分辯譜。盡管如此， 文獻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，單波長的測量方式只能利用到光源中能量的一小部分。隨著光刻工藝 的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件尺寸的不斷縮小，要求套刻標記的尺寸也不斷縮小，W便能實現(xiàn)進 行單元內(nèi)（in-die)測量。套刻標記的縮小將進一步減少光源能量的利用率。
[0005] 因此，有必要提供一種新的套刻測量設(shè)備與方法，使之能適應(yīng)日益復(fù)雜的半導(dǎo)體 工藝，在不同的膜層結(jié)構(gòu)和材料下都能獲得良好的測量結(jié)果。并且，需要能夠提高對光源能 量的利用率，使得即使在更小的套刻標記下都能利用足夠的光源能量，W達到需要的測量 速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的一個目的在于提供一種套刻誤差測量裝置及方法，W提高工藝適應(yīng)性和 光源能量利用率。
[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，用于對放置于工件臺 上的套刻測量標記進行套刻誤差的分析，所述套刻誤差測量裝置包括光源系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、 主分光鏡、物鏡及探測器；所述光源系統(tǒng)提供寬波段的測量光束，所述測量光束經(jīng)過照明系 統(tǒng)形成一對稱分布的照明光束，所述照明光束入射到主分光鏡上發(fā)生反射，反射光通過物 鏡后匯聚到套刻測量標記上發(fā)生色散效應(yīng)，所述物鏡收集從套刻測量標記上衍射的各種 波長的光，并透過主分光鏡被一探測器接收，探測套刻測量標記的衍射光譜。
[0008] 可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述測量光束在照明系統(tǒng)中分成兩束相 等的光，送兩束光分別保持像不變和像旋轉(zhuǎn)180°，之后合成，形成一對稱分布的照明光束。
[0009] 可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述照明系統(tǒng)包括第一分光鏡、第一成像 系統(tǒng)和第二成像系統(tǒng)；測量光束經(jīng)過第一分光鏡分為兩束相等的光，一束光通過第一成像 系統(tǒng)保持像不變，另一束光通過第二成像系統(tǒng)后像旋轉(zhuǎn)180°，所述第一成像系統(tǒng)和所述第 二成像系統(tǒng)倍率大小相同。
[0010] 可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述照明系統(tǒng)包括第二分光鏡、第一反射 鏡和第二反射鏡，所述第一成像系統(tǒng)和所述第二成像系統(tǒng)皆包括多個透鏡，由第一分光鏡 透射的一束光經(jīng)過第一成像系統(tǒng)后由第二分光鏡透射，保持像不變；由第一分光鏡反射的 另一束光經(jīng)過第一反射鏡反射后進入第二成像系統(tǒng)，繼續(xù)經(jīng)過第二反射鏡和第二分光鏡反 射，像旋轉(zhuǎn)180°，并與透射的光合成。
[0011] 可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述照明系統(tǒng)包括第二分光鏡、第一反射 鏡和第二反射鏡，所述第一成像系統(tǒng)包括多個透鏡，所述第二成像系統(tǒng)包括兩個道威棱鏡； 由第一分光鏡透射的一束光經(jīng)過第一成像系統(tǒng)后由第二分光鏡透射，保持像不變；由第一 分光鏡反射的另一束光經(jīng)過第一反射鏡反射后進入第二成像系統(tǒng)，繼續(xù)經(jīng)過第二反射鏡和 第二分光鏡反射，像旋轉(zhuǎn)180°，并與透射的光合成。
[0012] 可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述兩個道威棱鏡共光軸且呈90°夾角。
[0013] 可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述照明系統(tǒng)包括第二分光鏡、第一反射 鏡和第二反射鏡，所述第一成像系統(tǒng)和所述第二成像系統(tǒng)皆包括兩個道威棱鏡；由第一分 光鏡透射的一束光經(jīng)過第一成像系統(tǒng)后，入射第二反射鏡反射，并經(jīng)第二分光鏡反射，保 持像不變；由第一分光鏡反射的另一束光經(jīng)過第一反射鏡反射后進入第二成像系統(tǒng)，繼續(xù) 經(jīng)過第二分光鏡透射，像旋轉(zhuǎn)180°，并與第二分光鏡反射的光合成。
[0014] 可選的，對于所述的套刻誤差測量裝置，所述第一成像系統(tǒng)的兩個道威棱鏡共光 軸且呈180°夾角，所述第二成像系統(tǒng)的兩個道威棱鏡共光軸且呈90。夾角。
[0015] 本發(fā)明還提供一種套刻誤差測量方法，包括：
[0016] 利用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記和 第二套刻測量標記上；
[0017] 由所述探測器探測衍射光譜，并計算出套刻誤差
[0018]
[0019]其中，Afight為第一套刻測量標記上光強的非對稱性，Awt為第二套刻測量標記上 光強的非對稱性，Δ為兩個套刻測量標記的預(yù)設(shè)偏移量。
[0020] 可選的，對于所述的套刻誤差測量方法，包括：
[0021] 所述第一套刻測量標記和第二套刻測量標記均為周期性結(jié)構(gòu)，二者的周期相同， 預(yù)設(shè)偏移量相反。
[0022] 可選的，對于所述的套刻誤差測量方法，所述第一套刻測量標記和第二套刻測量 標記均沿第一方向排布或者均沿第二方向排布，所述第一方向與第二方向垂直。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的套刻誤差測量裝置及方法中，采用了寬波段的測 量光束，可W獲得顯著提高工藝適應(yīng)性和光源能量利用率的效果；通過使得所述測量光束 經(jīng)過照明系統(tǒng)后形成一對稱分布的照明光束，可W避免寬波段光束下導(dǎo)致的照明光的非對 稱性而引起各波長衍射光在衍射光譜中疊加禪合在一起的情況，解決了衍射光譜中的照明 非對稱性無法通過對照明光進行監(jiān)測而歸一化的送一問題。因此，利用本發(fā)明的套刻誤差 測量裝置及方法，可在顯著提高工藝適應(yīng)性和光源能量利用率的同時，提高套刻測量精度。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明的套刻誤差測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[00巧]圖2a為本發(fā)明的套刻誤差測量裝置中照明系統(tǒng)的一較佳結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖化為本發(fā)明的套刻誤差測量裝置中照明系統(tǒng)的另一較佳結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2c為本發(fā)明的套刻誤差測量裝置中照明系統(tǒng)的又一較佳結(jié)構(gòu)示意圖；
[002引圖3a為本發(fā)明中的第一套刻測量標記的標準預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0029] 圖3b為本發(fā)明中的第一套刻測量標記的實際結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖4a為本發(fā)明中的第二套刻測量標記的標準預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0031] 圖4b為本發(fā)明中的第二套刻測量標記的實際結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖5a為本發(fā)明的套刻誤差測量裝置獲得的一種對稱照明光斑的示意圖；
[0033] 圖化為圖5a的對稱照明光斑照射在X向套刻對準標記上形成的衍射光譜