测量系统和测量方法技术方案

本发明专利技术提供一种测量系统和测量方法，用于测量掩模在基片中的空间像，其中测量系统包括：照明单元，用于提供照明光，照明光经过掩模后形成初始光；成像单元，用于对初始光进行成像，形成成像光；分束单元，用于将成像光分为投影光和参考光；投影光用于在基片内形成掩模的图像，并经基片反射形成第一反射光；反射单元，用于接收参考光形成第二反射光；所述第二反射光于所述第一反射光相互干涉后形成干涉光；测量单元，用于测量干涉光所形成的空间像。本发明专利技术利用光学干涉原理，通过第一反射光和第二反射光的干涉成像，形成铜基片中实际图形完全一样的图形，提高了测量的精度，避免了光刻胶显影等步骤，节省了光刻工艺研发的时间和成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体领域，特别涉及一种测量系统和测量方法。
技术介绍
随着半导体领域技术的发展，半导体器件的关键尺寸(Critical Dimension，CD)越来越小，芯片的集成度也越来越高，对半导体制造工艺提出了越来越严格的要求，因此必须在工艺过程中尽可能的减小每一步骤的误差，降低因误差而导致的器件失效。在半导体制造过程中，光刻工艺作为核心技术占据着重要位置。在标准的CMOS工艺中，需要用到数十次的光刻步骤，受到光刻机分辨率以及对准的精确度等因素的影响，光刻工艺存在误差。在光刻工艺中，主要通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)来测量以光刻胶或其它膜层为掩模对衬底进行刻蚀而形成的图案。扫描电子显微镜中，电子枪发射出的电子束聚焦在图案表面上，高能电子束与图案物质发生交互作用，通过对产生于图案上的二次电子搜集，经过放大后送到显像管的栅极上，形成人们可观察到的各种特征图像。但是现有光刻工艺中，采用扫描电子显微镜成像测量掩模图案的方法，具有效率不高的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提出一种测量系统和测量方法，节省了光刻工艺研发的时间和成本。为解决上述问题，本专利技术提供一种测量系统，用于测量掩模在基片中的空间像，所述测量系统包括：照明单元，用于提供照明光，所述照明光经过掩模后形成初始光；成像单元，用于对所述初始光进行成像，形成成像光；分束单元，用于将所述成像光分为投影光和参考光；所述投影光投射至基片并在基片内形成所述掩模的图像；所述基片用于使所述投影光反射形成第一反射光，并将所述第一反射光投射至所述分束单元；反射单元，用于接收所述参考光形成第二反射光，并将所述第二反射光投射至所述分束单元；所述第二反射光与所述第一反射光相互干涉后形成干涉光；测量单元，用于测量所述干涉光所形成的空间像。可选的，所述测量系统还包括：第一管透镜，用于会聚所述初始光，所述成像单元用于对第一管透镜会聚后的初始光进行成像。可选的，所述测量系统还包括：第一分束板，用于使第一管透镜会聚后的所述初始光反射至所述成像单元，还用于将所述干涉光透射至所述测量单元。可选的，所述分束单元包括：第二分束板，用于使经反射单元形成的所述第二反射光反射至所述测量单元，还用于将基片形成的所述第一反射光透射至所述测量单元。可选的，所述反射单元包括平面镜，所述平面镜与所述第二分束板平行设置。可选的，所述测量系统还包括：补偿单元，位于所述分束单元与所述基片之间，用以补偿分束过程中形成的像差。可选的，所述测量系统还包括：光阑，设置于第一反射光光路上，用于遮挡杂散光。可选的，所述照明单元包括激光光源，所述激光光源用于产生与光刻机曝光相同波长的光。可选的，所述照明单元还包括照明装置，所述照明装置用于使所述激光光源产生的平行光形成不同角度入射到掩模上的照明光。可选的，所述照明装置为部分相干照明、环形照明、偶极照明或四极照明。可选的，所述成像单元包括显微镜镜头。可选的，所述测量单元包括：第二管透镜，用于会聚所述干涉光；图像传感器，用于采集第二管透镜会聚后的干涉光所形成的空间像。可选的，所述测量单元还包括：位于所述第二管透镜和所述图像传感器之间的快门，用于控制所述干涉光投射在图像传感器上的曝光量。可选的，所述图像传感器为电荷耦合阵列或者互补型金属-氧化物-半导体光传感器阵列。可选的，所述测量系统还包括载物台，用于放置基片，所述载物台为移动平台。相应的，本专利技术还提供一种测量方法，用于测量掩模在基片中的空间像，包括：提供照明光，所述照明光经过掩模形成初始光；对所述初始光进行成像，形成成像光；将所述成像光分为投影光和参考光；所述投影光透射至基片，并在基片内形成所述掩模的图像，所述投影光经所述基片反射形成第一反射光；反射所述参考光，形成第二反射光；所述第二反射光和所述第一反射光合束相互干涉，形成干涉光；测量所述干涉光形成的空间像。可选的，形成所述初始光的步骤之后，对所述初始光进行成像形成成像光的步骤之后，所述测量方法还包括会聚所述初始光进行成像。可选的，在将所述成像光分为投影光和参考光的步骤之后，在所述投影光投射到所述基片的步骤之前，所述测量方法还包括对所述投影光进行像差补偿，以去除在分束过程中所产生的像差。可选的，形成所述第一反射光的步骤之后，所述第一反射光与所述第二反射光合束相互干涉的步骤之前，所述测量方法还包括：去除所述第一反射
光中的杂散光。可选的，所述提供照明光的步骤包括，所述照明光与光刻机曝光采用的光具有相同波长。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术通过分束单元，使经过掩模的初始光分为两部分，一部分投射到基片上，在基片内形成所述掩模的图像，并经基片反射形成第一反射光，投射至分束单元；另一部分作为参考光，经反射单元反射形成第二反射光，折返回分束单元。所述第一反射光和所述第二反射光在分束单元合束，发生干涉，经测量单元成像、测量，能够测量同基片中实际图形完全一样的图形，提高了测量的精度，避免了光刻胶显影等步骤，节省了光刻工艺研发的时间和成本。本专利技术可以用于测量一般曝光使用的掩模，也可以用于测量用于研发的小型掩模，甚至可以用于研发进行图线改变成的液晶滤光片，可以在研发的过程中节省制作高精度掩模的费用，降低了研发成本。附图说明图1是本专利技术所提供测量系统一实施例的结构示意图；图2是图1所示测量系统的照明光路图；图3是图1所示测量系统的成像与测量光路图；图4是图1所示测量系统成像单元、反射单元、分束单元以及基片间的光路图；图5是本专利技术所提供测量方法一实施例的流程图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术中，要得到某一图形化掩模在硅片中的实际空间像需要对此掩模在给定的硅片上曝光，并且使用扫描电子显微镜对光刻胶中的像进行记录。就像传统的照相机，需要先将图像记录在胶片上，然后再用扫描仪或者翻拍照相机将其记录。而现在的AIMS(Aerial Image Measurement System)虽然可以对给定的掩模进行电子成像。但是这样的成像无法在实际硅片上进行。尤其是当硅片上生长有多层膜或者硅片上已经形成有一些高低错落的图形时，多层膜和高低错落的图形会使入射光发生散射，对掩模图形空间像的成像造成影响，使掩模图形空间像发生图形变形，甚至图形缺失。这种影响是现在技术不可避免的。为解决所述技术问题，本专利技术提供一种测量系统，包括：照明单元，用于提供照明光，所述照明光经过掩模后形成初始光；成像单元，用于对所述初始光进行成像，形成成像光；分束单元，用于将所述成像光分为投影光和参考光；所述投影光投射至基片并在基片内形成所述掩模的图像；所述基片用于使所述投影光反射形成第一反射光，并将所述第一反射光投射至所述分束单元；反射单元，用于接收所述参考光形成第二反射光，并将所述第二反射光投射至所述分束单元；所述第二反射光与所述第一反射光相互干涉后形成干涉光；测量单元，用于测量所述干涉光所形成的空间像。本专利技术基于光学干涉原理，通过分束系统使部分经过掩模的初始光投射至基片，在基片内形成掩模图像，并经过基片形成第一反射光；而另一部分初始光未经过基片反射，直接被反射单元反射形成第二反射光。所述第一反射光和所述第二反射光干涉成像，经测量单元成像、测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量系统，用于测量掩模在基片中的空间像，其特征在于，所述测量系统包括：照明单元，用于提供照明光，所述照明光经过掩模后形成初始光；成像单元，用于对所述初始光进行成像，形成成像光；分束单元，用于将所述成像光分为投影光和参考光；所述投影光投射至基片并在基片内形成所述掩模的图像；所述基片用于使所述投影光反射形成第一反射光，并将所述第一反射光投射至所述分束单元；反射单元，用于接收所述参考光形成第二反射光，并将所述第二反射光投射至所述分束单元；所述第二反射光与所述第一反射光相互干涉后形成干涉光；测量单元，用于测量所述干涉光所形成的空间像。

【技术特征摘要】
1.一种测量系统，用于测量掩模在基片中的空间像，其特征在于，所述测量系统包括：照明单元，用于提供照明光，所述照明光经过掩模后形成初始光；成像单元，用于对所述初始光进行成像，形成成像光；分束单元，用于将所述成像光分为投影光和参考光；所述投影光投射至基片并在基片内形成所述掩模的图像；所述基片用于使所述投影光反射形成第一反射光，并将所述第一反射光投射至所述分束单元；反射单元，用于接收所述参考光形成第二反射光，并将所述第二反射光投射至所述分束单元；所述第二反射光与所述第一反射光相互干涉后形成干涉光；测量单元，用于测量所述干涉光所形成的空间像。2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括：第一管透镜，用于会聚所述初始光，所述成像单元用于对第一管透镜会聚后的初始光进行成像。3.如权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括：第一分束板，用于使第一管透镜会聚后的所述初始光反射至所述成像单元，还用于将所述干涉光透射至所述测量单元。4.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述分束单元包括：第二分束板，用于使经反射单元形成的所述第二反射光反射至所述测量单元，还用于将基片形成的所述第一反射光透射至所述测量单元。5.如权利要求4所述的测量系统，其特征在于，所述反射单元包括平面镜，所述平面镜与所述第二分束板平行设置。6.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括：补偿单元，位于所述分束单元与所述基片之间，用以补偿分束过程中形成的像差。7.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括：光阑，设置于第一反射光光路上，用于遮挡杂散光。8.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述照明单元包括激光光源，所述激光光源用于产生与光刻机曝光相同波长的光。9.如权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述照明单元还包括照明装置，所述照明装置用于使所述激光光源产生的平行光形成不同角度入射到掩模上的照明光。10.如权利要求9所述的测量系统，其特征在于，所述照明装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍强，蒋运涛，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31