一种套刻测量方法及系统与流程

1.本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种套刻测量方法及系统。


背景技术：

2.根据半导体行业组织(international technology roadmap for semiconductors，itrs)给出的光刻测量技术路线图，随着光刻图形关键尺寸(cd)进入22nm及以下工艺节点，特别是双重曝光(double patterning)技术的广泛应用，对光刻工艺参数套刻(overlay)的测量精度要求已经进入亚纳米领域。由于成像分辨率极限的限制，传统的基于成像和图像识别的套刻测量技术(imaging-based overlay，ibo)已逐渐不能满足新的工艺节点对套刻测量的要求。基于衍射光探测的套刻测量技术(diffraction-based overlay，dbo)正逐步成为套刻测量的主要手段。
3.目前，最常用的一种dbo技术为基于经验公式的dbo测量方法，该方法通过测量套刻标记衍射光角分辨谱中正负级衍射光的非对称性得到套刻误差，衍射光的衍射角随入射光入射角度变化而改变，所谓衍射光角分辨谱是指不同角度的入射光在被套刻标记衍射后衍射光在不同角度形成的光强分布。
4.该基于经验公式的dbo测量方法主要存在以下问题：
5.该方法是根据正负级衍射光在照明光瞳上的光强分布图来获取正负级衍射光的信号强度，从而以测量非对称性，而对于照明系统来说，照明光瞳上成像面积有限，因此，采用该方法进行光强分布的图像采集时，图像采集范围小，不能够采集正负衍射级次所有光强。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种套刻测量方法及系统，以解决现有技术在进行套刻测量时图像采集范围小的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供一种套刻测量方法，其特征在于，包括：
8.使测量光束照射至套刻标记并形成正负级次衍射光后，所述正负级衍射光以相同方向传播并发生干涉产生干涉光；
9.利用能量探测器获取所述干涉光的光强。
10.可选的，在所述的套刻测量方法中，所述测量光束垂直照射所述套刻标记后形成所述正负级衍射光，其中，使所述正负级衍射光以相同方法传播的方法包括：
11.使所述正负级衍射光的偏振态相对偏转90
°
。
12.可选的，在所述的套刻测量方法中，所述使所述正负级衍射光发生干涉产生干涉光的方法包括：
13.使所述正负级衍射光的偏振态均偏转45
°
后经过偏振分光棱镜，以使相同偏振态的光发生干涉而产生第一干涉光和第二干涉光；
14.所述干涉光包括第一干涉光和第二干涉光，所述能量探测器分别获取所述第一干
涉光和所述第二干涉光的光强；
15.其中，所述第一干涉光的光强i1∝
|e
1
e-1
|2，所述第二干涉光的光强i2∝
|e
1-e-1
|2，e
1
和e-1
分别表示正级衍射光和负级衍射光的能量。
16.可选的，在所述的套刻测量方法中，所述套刻标记包括预设偏移量分别为 d和-d的两组标记，所述套刻测量方法还包括：
17.利用表示所述第二干涉光的光强差的公式对所述能量探测器获取的所述第一干涉光的光强进行数据拟合，以得到套刻误差。
18.可选的，在所述的套刻测量方法中，在使所述正负级衍射光发生干涉之前，所述套刻测量方法还包括：
19.对所述正负级衍射光中的至少一者进行相位调整，以使所述能量探测器获取具有不同调制频率和/或调制时间的所述第一干涉光和第二干涉光。
20.可选的，在所述的套刻测量方法中，所述套刻标记包括至少四组不同预设偏移量的标记，所述套刻测量方法还包括：
21.根据所述能量探测器获取的所述第一干涉光和所述第二干涉光的光强，计算所述第一干涉光和所述第二干涉光的光强差；
22.利用表示所述第一干涉光和第二干涉光的光强差的公式对计算结果进行数据拟合，以得到套刻误差。
23.本发明还提供一种套刻测量装置，包括：照明光源、光束调节转换系统和能量探测器；其中，
24.所述照明光源用于提供测量光束；
25.所述光束调节转换系统用于使所述测量光束照射至套刻标记并形成正负级次衍射光后，所述正负级衍射光以相同方向传播并发生干涉产生干涉光；
26.所述能量探测器用于获取所述干涉光的光强。
27.可选的，在所述的套刻测量装置中，所述光束调节转换系统包括bs分光棱镜、物镜、第一pbs分光棱镜、1/4波片、反射镜、第二pbs分光棱镜、半波片和第三pbs分光棱镜；所述测量光束依次经所述bs分光棱镜和所述物镜后垂直照射所述套刻标记后形成所述正负级衍射光；所述正负级衍射光中的一者沿第一方向依次经所述物镜、所述第一pbs分光棱镜和所述1/4波片后，经所述反射镜后返回至所述第一pbs分光棱镜，而后沿第二方向入射所述第二pbs分光棱镜，进而沿第一方向经过所述半波片后照射所述第三pbs分光棱镜；所述正负级衍射光中的另一者沿第一方向依次经所述物镜、所述第二pbs分光棱镜和所述半波片后，照射所述第三pbs分光棱镜；其中，所述第一方向与所述测量光束入射到所述套刻标记上的方向相反，所述第二方向垂直于所述第一方向。
28.可选的，在所述的套刻测量装置中，所述干涉光包括第一干涉光和第二干涉光，所述能量探测器包括第一探测器和第二探测器；所述第一探测器用于获取所述第一干涉光的光强，所述第二探测器用于获取所述第二干涉光的光强。
29.可选的，在所述的套刻测量装置中，所述光束调节转换系统还包括相位调制器，所述正负级衍射光中的至少一者，在经所述第二pbs分光棱镜之前，先经所述相位调制器，所述相位调制器用于对述正负级衍射光中的至少一者进行相位调制，以使所述能量探测器获取具有不同调制频率和/或调制时间的所述第一干涉光和所述第二干涉光。
30.可选的，在所述的套刻测量装置中，所述相位调制器为声光调制器或电光调制器。
31.在本发明提供的套刻测量方法及装置中，包括：使测量光束照射至套刻标记并形成正负级次衍射光后，所述正负级衍射光以相同方向传播并发生干涉产生干涉光；利用能量探测器获取所述干涉光的光强。即，本发明采用使正负级衍射光发生相干产生干涉光，对干涉光的光强直接进行测量的方法来测量套刻误差，由于能够采集正负衍射级次所有光强，因此较现有的dbo方法有更大的动态范围。
附图说明
32.图1为本发明实施例提供的套刻测量方法的流程图；
33.图2为本发明实施例一提供的套刻测量装置的结构示意图；
34.其中，各附图记说明如下：
35.11-照明光源；13-能量探测器；121-bs分光棱镜；122-物镜；123-第一pbs分光棱镜；124-1/4波片；125-反射镜；126-第二pbs分光棱镜；127-半波片；128-第三pbs分光棱镜；131-第一探测器；132-第二探测器；14-相位调制器；101-套刻标记。
具体实施方式
36.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的套刻测量方法及装置作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
37.本发明的核心思想在于提供一种套刻测量方法及装置，其中，所述套刻测量方法包括：使测量光束照射至套刻标记并形成正负级次衍射光后，所述正负级衍射光以相同方向传播并发生干涉产生干涉光；利用能量探测器获取所述干涉光的光强。
38.即，本发明提供的套刻测量方法通过使正负级衍射光发生相干产生干涉光，对干涉光的光强直接进行测量来测量套刻误差，由于能够采集正负衍射级次所有光强，因此较现有的dbo方法有更大的动态范围。
39.以下参考附图进行描述。
40.【实施例一】
41.如图1所示，本发明实施例提供一种套刻测量方法，所述套刻测量方法包括如下步骤：
42.s11，使测量光束照射至套刻标记并形成正负级次衍射光后，所述正负级衍射光以相同方向传播并发生干涉产生干涉光；
43.s12，利用能量探测器获取所述干涉光的光强。
44.本实施例步骤s11中，通过使所述测量光束垂直照射所述套刻标记的方式来形成所述正负级衍射光。一般的，套刻标记由同周期的光栅组成，在测量光束入射光栅之后，形成正负多级次衍射光，在用于通过衍射光的光强来测量套刻误差时，多采用对
±
1级衍射光的光强进行测量的方式。故本发明中，所述正负级衍射光均可理解为
±
1级衍射光。
45.进一步的，当所述测量光束垂直照射所述套刻标记后，形成的正负级衍射光以一定的角度，对称于法线传播，故而本实施例步骤s11中，可通过使所述正负级衍射光的偏振
态相对偏转90
°
的方式使所述正负级衍射光以相同方向传播并发生干涉。最终所述正负级衍射光传播的方向即为所述套刻标记所在平面的垂直方向。
46.更进一步的，步骤s11中，使所述正负级衍射光发生干涉产生干涉光的方法包括：使所述正负级衍射光的偏振态均偏转45
°
后经过偏振分光棱镜，以使相同偏振态的光发生干涉而产生第一干涉光和第二干涉光；即，所述干涉光包括第一干涉光和第二干涉光，进而，所述能量探测器分别获取所述第一干涉光和所述第二干涉光的光强，其中，所述第一干涉光的光强i1∝
|e
1-e-1
|2，所述第一干涉光的光强i2∝
|e
1
e-1
|2，e
1
和e-1
分别表示正级衍射光和负级衍射光的能量。
47.此外，步骤s11中，在使所述正负级衍射光发生干涉之前，本实施例提供的所述套刻测量方法还包括：对所述正负级衍射光中的至少一者进行相位调整，以使所述能量探测器获取具有不同调制频率和/或调制时间的所述第一干涉光和第二干涉光。
48.在此基础上，在通过光强计算套刻误差时，本实施例提供的所述套刻测量方法还包括：根据所述能量探测器获取的所述第一干涉光和所述第二干涉光的光强，计算所述第一干涉光和所述第二干涉光的光强差；利用表示所述第一干涉光和第二干涉光的光强差的公式对计算结果进行数据拟合，以得到套刻误差。
49.对应于本实施例提供的所述套刻测量方法，本实施例还提供一种套刻测量装置，所述套刻测量装置包括：照明光源11、光束调节转换系统和能量探测器13，其中，所述照明光源11用于提供测量光束；所述光束调节转换系统用于使所述测量光束照射至套刻标记101并形成正负级次衍射光后，所述正负级衍射光以相同方向传播并发生干涉产生干涉光；所述能量探测器13用于获取所述干涉光的光强。
50.具体的，请参考图2，所述光束调节转换系统包括bs分光棱镜121、物镜122、第一pbs分光棱镜123、1/4波片124、反射镜125、第二pbs分光棱镜126、半波片127和第三pbs分光棱镜128；所述测量光束依次经所述bs分光棱镜121和所述物镜122后垂直照射所述套刻标记101后形成所述正负级衍射光；所述正负级衍射光中的一者沿第一方向依次经所述物镜122、所述第一pbs分光棱镜123和所述1/4波片124后，经所述反射镜125后返回至所述第一pbs分光棱镜123，而后沿第二方向入射所述第二pbs分光棱镜126，进而沿第一方向经过所述半波片127后照射所述第三pbs分光棱镜128；所述正负级衍射光中的另一者沿第一方向依次经所述物镜122、所述第二pbs分光棱镜126和所述半波片127后，照射所述第三pbs分光棱镜128；其中，所述第一方向与所述测量光束入射到所述套刻标记101上的方向相反，所述第二方向垂直于所述第一方向。
51.如上所述，本实施例中，所述测量光束垂直照射套刻标记101产生的正负级衍射光在经过所述套刻测量装置后，形成第一干涉光和第二干涉光，相应的，所述能量探测器13可包括第一探测器131和第二探测器132；所述第一探测器131用于获取所述第一干涉光的光强，所述第二探测器132用于获取所述第二干涉光的光强。
52.此外，所述光束调节转换系统还包括相位调制器14，所述相位调制器14为声光调制器或电光调制器，所述正负级衍射光中的至少一者，在经所述第二pbs分光棱镜126之前，先经所述相位调制器14，所述相位调制器14用于对述正负级衍射光中的至少一者进行相位调制，以使所述能量探测器13获取具有不同调制频率和/或调制时间的所述第一干涉光和所述第二干涉光。
53.图2所示是以负级衍射光的偏振态偏转90
°
，对正级衍射光进行相位调制做出示例。在其它实施例中，也可使正级衍射光的偏振态偏转90
°
，对正级和/或负级衍射光进行相位调制。
54.在采用图2所示的套刻测量装置时，所述表示所述第一干涉光和第二干涉光的光强差的公式为：
55.δi＝4a2cos(wt) 4b2cos(wt 4*pi*ov/p) 8abcos(α-β)cos(wt 2*pi*ov/p)
56.其中，a、b分别表示正负级衍射光的振幅，w表示调制频率；t表示时间，p表示套刻标记的周期，ov表示套刻误差，α表示测试光束的相位，β表示入射角。
57.该公式的推演过程如下：
[0058][0059]
δi＝i
1-i2＝4a2cos(wt) 4b2cos(wt 4*pi*ov/p) 8ab cos(α-β)cos(wt 2*pi*ov/p)
[0060]
在所述第一探测器131和所述第二探测器132分别获取所述第一干涉光和所述第二干涉光的光强后，计算光强差，然后利用上述δi的公式对计算结果进行数据拟合。在数据拟合时，可采用matlab自带的拟合程序。通过拟合，可以得到准确的ov值。
[0061]
对上述δi的公式做一些变换，以分离wt和ov引起的相位，变换过程如下：
[0062]
4a2cos(wt) 4b2cos(wt 4*pi*ov/p) 8abcos(α-β)cos(wt 2*pi*ov/p)＝
[0063]
cos(wt)*(4a2 8ab cos(α-β)cos(2*pi*ov/p) 4b2cos(4*pi*ov/p))
[0064]
sin(wt)*(-8ab cos(α-β)sin(2*pi*ov/p)-8b2sin(2*pi*ov/p)cos(2*pi*ov/p))
[0065][0066]
可以看出，上述公式中需提供4个不同的测试量，其可通过4个不同预设偏移量来实现，故本实施例中，在进行套刻测量时，所述套刻标记应包括至少四组不同预设偏移量的标记，但对四组标记的具体预设偏移量不作限制。
[0067]
【实施例二】
[0068]
当采用如实施例一的套刻测量装置时，所述第二干涉光的光强：
[0069][0070]
可以注意到，对于i2的一种特殊情况，即wt＝2*pi时：
[0071]
i2∝
|e
1-e-1
|2＝-2a2cos(2pi)-2b2cos(2pi 2θ
ov
)-4ab cos(α-β)cos(2pi θ
ov
) 4abcos(α-β)cos(θ
ov
) 2a2 2b2＝4b2sin2θ
ov
[0072]
这意味着，在不对衍射光进行相位调制，即衍射光强信号不随时间变化时，上式仍然可求解ov值。此时需要预设偏移量分别为 d和-d的两组标记来实现
[0073]
有鉴于此，与实施例一不同的是，本实施例中，限定所述套刻标记包括预设偏移量分别为 d和-d的两组标记，即预设偏移量的数值相等，但偏移方向相反，在此基础，在通过
获取的光强计算套刻差时，所述套刻测量方法还包括：
[0074]
利用表示所述第二干涉光的光强差的公式对所述能量探测器获取的所述第一干涉光的光强进行数据拟合，以得到套刻误差。
[0075]
其中，所述表示所述第二干涉光的光强差的公式即为：
[0076]
4b2sih2θ
ov
[0077]
相应的，本实施例提供一种套刻测量装置，本实施例提供的所述套刻测量装置相比于实施例一，取消了所述相位调制器14，其余组件与实施例一相同，在此不再赘述。
[0078]
与实施例一相比，虽需限制两组标记预设偏移量分别为 d和-d，但减少了标记的数量，故而会减小测量时间和测量成本。
[0079]
综上所述，本发明提供的所述套刻测量方法及系统解决了现有技术在进行套刻测量时图像采集范围小的问题。
[0080]
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，此外，各个实施例之间不同的部分也可互相组合使用，本发明对此不作限定。
[0081]
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。