用于套刻误差检测的装置及测校方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于套刻误差检测的装置及测校方法，该装置包括：光源，用于产生入射光，该入射光为散射光；照明系统，将入射光分为两束，一束作为测量光入射到物镜中，另一束作为监测光入射到探测器中；物镜，用于将测量光斜入射到套刻标记上；参考标记，用于生成参考光；探测器，位于物镜光瞳面，用于探测套刻标记衍射光谱；可旋转工件台，用于承载和旋转所述参考标记和/或套刻标记。本发明专利技术使用与套刻信号经过光路完全相同的参考光进行测量信号归一化，从而一次性消除透过率非对称性、入射光的空间分布非均匀性、空间分布的变化、探测器灵敏度非均匀性等对套刻信号的影响，现有技术从未提及过类似测校方案。

【技术实现步骤摘要】
用于套刻误差检测的装置及测校方法
本专利技术涉及集成电路制造领域，特别涉及一种用于套刻误差检测的装置及测校方法。
技术介绍
根据ITRS给出的光刻测量技术路线图，随着光刻图形CD尺寸进入22nm及以下工艺节点，特别是双重曝光(DoublePatterning)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(英文全称：Imaging-Basedoverlay，简称：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(英文全称：Diffraction-Basedoverlay，简称：DBO)正逐步成为套刻测量的主要手段。现有技术中公开了一种DBO技术，该技术通过测量套刻标记衍射光角分辨谱中相同衍射级次间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，所谓反射光角分辨谱是指不同角度的入射光在被标记衍射后衍射光在不同角度形成的光强分布。图1a为环形照明模式下，各个衍射级次的角分辨谱在CCD探测器上的分布情况。图1b是该技术方案的装置结构图，光源2发出的光由透镜L2聚焦并经干涉滤波装置30后形成窄带宽的入射光，物镜L1将入射光汇聚到硅片6上一般由两层线性光栅组成的套刻标记上。套刻标记探测器32位于物镜L1的后焦面40处，套刻标记的衍射光被物镜L1收集后经反射面34被套刻标记探测器32接收。套刻标记探测器32测得套刻标记各个角度衍射光的角分辨谱。为了防止不同波长角谱间的重叠，该方案采用干涉滤波装置对光源进行滤波，形成窄带宽的测量光。从上述可知，该方案在其本质上是基于入射至套刻标记上而产生的各级衍射光光强与套刻误差之间的关系进行套刻测量的。因此，入射光的空间分布非均匀性及其扰动、信号接收装置即探测器的灵敏度非均匀性、光路中任意光学元件的透过率的非均匀性等一系列因素，都会造成实际测得光强偏离理想值，进而引入测量误差，从而影响套刻测量精度。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于套刻误差检测的装置及测校方法，以解决现有技术中套刻测量误差较大，精度低的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种套刻误差检测的装置，包括：光源，用于产生入射光，该入射光为散射光；照明系统，将入射光分为两束，一束作为测量光入射到物镜中，另一束作为监测光入射到探测器中；物镜，用于将测量光斜入射到套刻标记上；参考标记，用于生成参考光；探测器，位于物镜光瞳面，用于探测套刻标记衍射光谱；可旋转工件台，用于承载和旋转所述参考标记和/或套刻标记。作为优选，所述照明系统包括：准直束镜、滤波片、偏振片、孔径光阑、第一透镜、视场光阑、第二透镜以及分束镜。作为优选，所述照明系统包括：反射棱镜，位于分束镜后与所述物镜瞳面共轭位置处，用以产生所述监测光。作为优选，所述孔径光阑可以为环形、圆孔或狭缝。作为优选，采用套刻标记作为参考标记。作为优选，所述参考标记采用与套刻标记周期相同的光栅标记或带有该光栅标记的光栅基准版，所述光栅标记位于测试硅片上，所述光栅基准版位于所述可旋转工件台上。一种用于套刻误差检测的测校方法，对经套刻标记形成的套刻信号和经参考标记形成的参考信号进行光强扰动归一化，完成测校。作为优选，所述光强扰动归一化采用点除归一化或整除归一化。作为优选，所述点除归一化是指：基于所述测量光光斑和监测光光斑之间的位置关系，将所述监测光光斑变换位置至测量光光斑位置处，进行像素对像素的点除归一化处理。作为优选，所述整除归一化是指：计算监测光光斑的平均光强值，使用测量光光斑除以该光强值。作为优选，所述采用套刻标记作为参考标记。作为优选，采用位于测试硅片上与套刻标记周期相同的光栅标记作为参考标记。作为优选，通过测量参考标记在0度和180度时的套刻信号，将0度和180度的套刻信号相加即可得到参考信号。作为优选，在进行TIS测量的同时获取参考信号。作为优选，采用位于所述可旋转工件台上的光栅基准版作为参考标记，所述光栅基准版上设置有与套刻标记周期和方向相同的光栅标记。作为优选，参考标记在0度时的套刻信号为参考信号与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术使用与套刻信号经过光路完全相同的参考光进行测量信号归一化，从而一次性消除透过率非对称性、入射光的空间分布非均匀性、空间分布的变化、探测器灵敏度非均匀性等对套刻信号的影响，现有技术从未提及过类似测校方案；2、本专利技术提出三种参考标记，通过三种参考标记生成参考光，包括以套刻标记作为参考标记，生成不带有套刻信息的参考光的技术方案；3、本专利技术使用测校方案均可以在线进行，不影响产率；4、本专利技术提高了套刻测量精度，将TIS至少减小两个数量级，小于0.01nm；5、本专利技术使套刻测量精度对系统某些硬件性能的关联性降低：将光源光强空间分布非均匀性、光学元件的透过率非对称性、探测器灵敏度非均匀性等系统指标降低一个数量级。附图说明图1a为环形照明时，各衍射级次的角分辨谱在CCD探测器上的分布；图1b为现有技术中DBO技术方案的装置结构图；图2为本专利技术用于套刻误差检测的装置的结构示意图；图3为本专利技术套刻标记的结构示意图；图4为本专利技术环形照明光源的示意图；图5为本专利技术探测器接收的光斑位置示意图；图6a为本专利技术套刻标记的示意图(无套刻误差)；图6b为本专利技术套刻标记的示意图(含有套刻误差ε)；图7a为本专利技术套刻标记为0度时的光强示意图；图7b为本专利技术套刻标记为180度时的光强示意图；图8为本专利技术实施例1中参考信号的原理图；图9为本专利技术实施例1中用于套刻误差检测的测校方法流程图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本专利技术附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。如图2所示，本专利技术的用于套刻误差检测的装置，包括：光源41，用于产生入射光，该入射光为散射光。具体地，所述光源41可以是白光光源、宽波段光源或是由若干个分立谱线组成的复合光源。其中，白光光源可以采用Xe光源等；宽波段指产生包括紫外、可见和红外波段或上述波段组合的光；复合光源可以由若干个不同波长的激光器通过混频得到。照明系统，将入射光分为两束，一束作为测量光入射到物镜410中，另一束作为监测光入射到探测器413中。具体地，所述照明系统包括：准直束镜42、窄带滤波片43、偏振片44、孔径光阑45、第一透镜46、视场光阑47、第二透镜48、分束镜49以及反射棱镜414。进一步的，所述孔径光阑45为环形或者如图4所示的圆孔或者狭缝或者其他任意形状；所述反射棱镜414设置在所述分束镜49后，与所述物镜410瞳面共轭位置处。物镜410，用于将测量光斜入射到套刻标记411上；参考标记，用于生成参考光；探测器413，位于物镜410光瞳面，用于探测套刻标记411和参考标记的衍射光谱；可旋转工件台415，用于承载和旋转所述参考标记和/或套刻标记411。所述光源41发出的光在经过准直束镜42准直后，入射至窄带滤波片43，获得单一波长的光，而后经过偏振片44，获得线偏振光，该线偏振光入射至孔径光阑45，生成满足入射光形状需求的光斑，而后光束经过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于套刻误差检测的装置，其特征在于，包括：光源，用于产生入射光，该入射光为散射光；照明系统，将所述入射光分为两束，一束作为测量光入射到物镜中，另一束作为监测光入射到探测器中；物镜，用于将测量光斜入射到套刻标记上；参考标记，用于生成参考光；探测器，位于物镜光瞳面，用于探测套刻标记衍射光谱；可旋转工件台，用于承载和旋转所述参考标记和/或套刻标记。

【技术特征摘要】
1.一种用于套刻误差检测的装置，其特征在于，包括：光源，用于产生入射光，该入射光为散射光；照明系统，将所述入射光分为两束，一束作为测量光入射到物镜中，另一束作为监测光入射到探测器中；物镜，用于将测量光斜入射到套刻标记上；参考标记，用于生成参考光；探测器，位于物镜光瞳面，用于探测套刻标记衍射光谱；可旋转工件台，用于承载和旋转所述参考标记和/或套刻标记。2.如权利要求1所述的用于套刻误差检测的装置，其特征在于，所述照明系统包括依次排列的：准直束镜、滤波片、偏振片、孔径光阑、第一透镜、视场光阑、第二透镜以及分束镜。3.如权利要求2所述的用于套刻误差检测的装置，其特征在于，所述照明系统包括：反射棱镜，位于所述分束镜后与所述物镜瞳面共轭位置处，用以产生所述监测光。4.如权利要求2所述的用于套刻误差检测的装置，其特征在于，所述孔径光阑可以为环形、圆孔或狭缝。5.如权利要求1所述的用于套刻误差检测的装置，其特征在于，所述参考标记采用与所述套刻标记周期相同的光栅标记或带有该光栅标记的光栅基准版，所述光栅标记位于测试硅片上，所述光栅基准版位于所述可旋转工件台上。6.一种用于套刻误差检测的测校方法，其特征在于，通过光源发出入射光，通过照明系统将入射光入射到物镜中，所述物镜将所述入射光入射到套刻标记和参考标记上并在所述套刻标记和参考标记上衍射，探测器接收从所述套刻标记和参考标记衍射的各主极大衍射光，对从所述套刻标记的各主极大衍射光进行归一化形成套刻信号，对所述参考标记的各主极大衍射光进行归一化以形成参考信号，套刻信号点除参...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭博方，陆海亮，王帆，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31