基于衍射的套刻测量标记、套刻测量方法和测量装置制造方法及图纸

一种基于衍射的套刻测量标记、套刻测量方法和测量装置，其中所述基于衍射的套刻测量标记包括:第一基准光栅和第二基准光栅；位于第一基准光栅的延伸方向上，且相对于其在第一方向的正向上偏移的第三基准光栅，位于第二基准光栅的延伸方向上，且相对于其在第一方向的负向上偏移的第四基准光栅；位于第一基准光栅上方，且相对于其在第一方向的正向上偏移的第一比较光栅；位于第二基准光栅上方，且相对于其在第一方向的负向上偏移的第二比较光栅；位于第三基准光栅上方，且相对于其在第一方向的负向上偏移的第三比较光栅；位于第四基准光栅上方，且相对于其在第一方向的正向上偏移的第四比较光栅。本发明专利技术的套刻测量标记提高了套刻测量的精度。

Method and device for measuring and measuring sleeve mark based on diffraction

A set of measuring overlay markers, diffraction moment measuring method and device based on the marking measurement based on diffraction set includes: a first reference grating and second reference grating; the extending direction in the first reference grating, and than in the first direction is to offset the third reference grating, extension in the direction of second reference grating, and in the first direction relative to the negative fourth reference grating offset; located above the first reference grating and the grating, relative to the first comparison in the first direction is offset; at second above the benchmark grating, and in the first direction relative to the negative offset second comparison of reference grating grating; at third above, and in the first direction relative to the negative offset third in fourth reference grating grating; A fourth comparing grating relative to its forward offset in the first direction. The measuring mark of the invention improves the accuracy of the measurement.

【技术实现步骤摘要】
基于衍射的套刻测量标记、套刻测量方法和测量装置
本专利技术涉及套刻测量领域，特备涉及一种基于衍射的套刻测量标记、套刻测量方法和测量装置。
技术介绍
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，对套刻(overlay)测量的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，基于衍射的套刻测量技术(DBO，Diffraction-Basedoverlay)正逐步成为套刻测量的一种重要的补充手段。基于衍射的套刻测量技术起源于利用散射和衍射进行光学CriticalDimension测量的方法，通过直接测量套刻标记的衍射光来确定套刻误差，测量速度快，采样面积小，同时基本消除了传统测量方法的许多误差项，如定位误差、焦面误差、像差因素和机械振动等。DBO主要分为两大类，一类称为基于模型的DBO技术，另一类称为基于经验的DBO技术，该类技术通过对套刻标记的CD、侧壁角(SWA)、高度和套刻参数进行严格建模，计算得到理论衍射光谱，将测量值与理论值进行对比提取套刻参数。这类技术的主要优点在于原则上只要一个标记便可测得一个方向的套刻值，因而标记成本较低。但是现有的基于衍射的套刻测量方法的精度仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是怎样提高套刻测量的精度。为解决上述问题，本专利技术提供一种基于衍射的套刻测量标记，包括：基底；位于基底上的第一基准光栅和第二基准光栅，第二基准光栅位于第一基准光栅一侧，第一基准光栅和第二基准光栅均包括若干沿第一方向依次分布且相互平行的条状区和位于相邻条状区之间的凹陷区，条状区向两端的延伸方向为第二方向，第二方向与第一方向垂直；位于基底上的第三基准光栅和第四基准光栅，第四基准光栅位于第三基准光栅一侧，且第三基准光栅位于第一基准光栅的条状区向两端的延伸方向上，第四基准光栅位于第二基准光栅的条状区向两端的延伸方向上，第三基准光栅和第四基准光栅与第一基准光栅的结构相同，且第三基准光栅相对于第一基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值，第四基准光栅相对于第二基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；位于第一基准光栅上方的第一比较光栅，所述第一比较光栅相对于第一基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值；位于第二基准光栅上方的第二比较光栅，所述第二比较光栅相对于第二基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；位于第三基准光栅上方的第三比较光栅，所述第三比较光栅相对于第三基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；位于第四基准光栅上方的第四比较光栅，所述第四比较光栅相对于第四基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值；第一比较光栅、第二比较光栅、第三比较光栅和第四比较光栅的结构与第一基准光栅的结构相同。可选的，所述第一基准光栅的条状区的宽度为0.4～0.6微米，条状区的数量为8～12，凹陷区的宽度为0.4～0.6微米。可选的，所述第一偏移量小于凹陷区的宽度。可选的，所述第三基准光栅与第一基准光栅之间的距离等于第四基准光栅与第二基准光栅之间的距离。可选的，所述第三基准光栅与第一基准光栅之间的距离或者第四基准光栅与第二基准光栅之间的距离为5～10微米。可选的，所述基底包括半导体衬底和位于半导体衬底表面上的介质层，所述第一基准光栅、第二基准光栅、第三基准光栅和第四基准光栅位于半导体衬底表面，介质层覆盖所述第一基准光栅、第二基准光栅、第三基准光栅和第四基准光栅；所述第一比较光栅、第二比较光栅、第三比较光栅、第四比较光栅位于介质层表面上。可选的，所述第一比较光栅的顶部表面的高度等于第三比较光栅的顶部表面高度，所述第二比较光栅的顶部表面的高度等于第四比较光栅的顶部表面高度，且所述第二比较光栅的顶部表面的高度与第一比较光栅的顶部表面的高度不相同，所述第四比较光栅的顶部表面的高度与第三比较光栅的顶部表面的高度不相同。可选的，所述第二比较光栅的顶部表面的高度大于或小于第一比较光栅的顶部表面的高度。可选的，所述第四比较光栅的顶部表面的高度大于或小于第三比较光栅的顶部表面的高度。本专利技术还提供了一种对上述的套刻标记进行套刻测量的方法，包括：基底沿第一方向运动；一束照射光依次对基底上的第一基准光栅和第一比较光栅，以及第二基准光栅和第二比较光栅进行照明，另一束照射光同时依次对第三基准光栅和第三比较光栅，以及第四基准光栅和第四比较光栅进行照明；各光栅在被照明时产生衍射光；检测套刻测量标记产生的衍射光，分别获得第一基准光栅和第一比较光栅对应的第一光强，第二基准光栅和第二比较光栅对应的第二光强，第三基准光栅和第三比较光栅对应的第三光强，第四基准光栅和第四比较光栅对应的第四光强；基于第一光强、第二光强、第三光强、第四光强获得套刻精度。可选的，所述套刻精度的获得方式为：其中，OV表示第一方向的套刻精度，d表示第一偏移值，A1表示第一光强，A2表示第二光强，A3表示第三光强，A4表示第四光强。本专利技术还提供了一种用于上述套刻标记进行测量的套刻测量装置，包括：载台，用于装载形成有套刻测量标记的基底，并使基底在检测位置沿第一方向运动；照射单元，用于发出两束对称的照射光，在基底沿第一方向运动时，其中一束照射光依次对基底上的第一基准光栅和第一比较光栅，以及第二基准光栅和第二比较光栅进行照明，另一束照射光同时依次对第三基准光栅和第三比较光栅，以及第四基准光栅和第四比较光栅进行照明；各光栅在被照明时产生衍射光；第一成像单元，用于接收第一基准光栅和第一比较光栅产生的衍射光获得第一光强，接收第二基准光栅和第二比较光栅产生的衍射光获得第二光强，接收第三基准光栅和第三比较光栅产生的衍射光获得第三光强，接收第四基准光栅和第四比较光栅产生的衍射光获得第四光强；控制单元，基于第一光强、第二光强、第三光强和第四光强获得套刻精度。可选的，所述照射单元包括激光源和分光单元，所述激光源用于产生激光束，所述分光单元用于将激光束分为两束平行的照射光并使两束照射光向检测位置传输。可选的，所述分光单元包括相互平行的第一分束镜和第二分束镜，部分激光束经第一分束镜的反射形成一束照射光，并向检测位置传输，部分激光束穿过第一分束镜向第二分束镜传输，经第二分束镜反射，形成另一束照射光，并向检测位置传输。可选的，还包括：第一调节单元，用于调节第一分束镜与第二分束镜之间的距离，从而调节两束照射光之间的距离。可选的，所述分光单元包括第一凹镜和第一凸镜，第一凹镜包括平坦的第一表面和与第一表面相对并且向第一表面方向凹陷的第二表面，所述第一凸镜包括平坦的第三表面和与第三表面相对并且向第三表面相反的方向凸起的第四表面，第一凹镜和第一凸镜相互分开，并且第一凹镜的第二表面与第一凸镜第四表面正对，第二表面的凹陷的与第四表面的凸起的能相互吻合，激光束从第一凹镜的第一表面入射，经过第一凹镜的第二表面、第一凸镜的第四表面，在第一凸镜的第三表面上形成平行的两束光。可选的，还包括：第二调节单元，用于调节第一凹镜和第一凸镜之间的距离，从而调节两束照射光之间的距离。可选的，还包括：检测单元，用于检测两平行照射光的光强和距离，并将检测到的光强和距离发送给控制单元。可选的，所述检测单元包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，包括：基底；位于基底上的第一基准光栅和第二基准光栅，第二基准光栅位于第一基准光栅一侧，第一基准光栅和第二基准光栅均包括若干沿第一方向依次分布且相互平行的条状区和位于相邻条状区之间的凹陷区，条状区向两端的延伸方向为第二方向，第二方向与第一方向垂直；位于基底上的第三基准光栅和第四基准光栅，第四基准光栅位于第三基准光栅一侧，且第三基准光栅位于第一基准光栅的条状区向两端的延伸方向上，第四基准光栅位于第二基准光栅的条状区向两端的延伸方向上，第三基准光栅和第四基准光栅与第一基准光栅的结构相同，且第三基准光栅相对于第一基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值，第四基准光栅相对于第二基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；位于第一基准光栅上方的第一比较光栅，所述第一比较光栅相对于第一基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值；位于第二基准光栅上方的第二比较光栅，所述第二比较光栅相对于第二基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；位于第三基准光栅上方的第三比较光栅，所述第三比较光栅相对于第三基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；位于第四基准光栅上方的第四比较光栅，所述第四比较光栅相对于第四基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值；第一比较光栅、第二比较光栅、第三比较光栅和第四比较光栅的结构与第一基准光栅的结构相同。...

【技术特征摘要】
1.一种基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，包括：基底；位于基底上的第一基准光栅和第二基准光栅，第二基准光栅位于第一基准光栅一侧，第一基准光栅和第二基准光栅均包括若干沿第一方向依次分布且相互平行的条状区和位于相邻条状区之间的凹陷区，条状区向两端的延伸方向为第二方向，第二方向与第一方向垂直；位于基底上的第三基准光栅和第四基准光栅，第四基准光栅位于第三基准光栅一侧，且第三基准光栅位于第一基准光栅的条状区向两端的延伸方向上，第四基准光栅位于第二基准光栅的条状区向两端的延伸方向上，第三基准光栅和第四基准光栅与第一基准光栅的结构相同，且第三基准光栅相对于第一基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值，第四基准光栅相对于第二基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；位于第一基准光栅上方的第一比较光栅，所述第一比较光栅相对于第一基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值；位于第二基准光栅上方的第二比较光栅，所述第二比较光栅相对于第二基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；位于第三基准光栅上方的第三比较光栅，所述第三比较光栅相对于第三基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；位于第四基准光栅上方的第四比较光栅，所述第四比较光栅相对于第四基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值；第一比较光栅、第二比较光栅、第三比较光栅和第四比较光栅的结构与第一基准光栅的结构相同。2.如权利要求1所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述第一基准光栅的条状区的宽度为0.4～0.6微米，条状区的数量为8～12，凹陷区的宽度为0.4～0.6微米。3.如权利要求1所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述第一偏移量小于凹陷区的宽度。4.如权利要求1所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述第三基准光栅与第一基准光栅之间的距离等于第四基准光栅与第二基准光栅之间的距离。5.如权利要求4所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述第三基准光栅与第一基准光栅之间的距离或者第四基准光栅与第二基准光栅之间的距离为5～10微米。6.如权利要求1所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述基底包括半导体衬底和位于半导体衬底表面上的介质层，所述第一基准光栅、第二基准光栅、第三基准光栅和第四基准光栅位于半导体衬底表面，介质层覆盖所述第一基准光栅、第二基准光栅、第三基准光栅和第四基准光栅；所述第一比较光栅、第二比较光栅、第三比较光栅、第四比较光栅位于介质层表面上。7.如权利要求1或6所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述第一比较光栅的顶部表面的高度等于第三比较光栅的顶部表面高度，所述第二比较光栅的顶部表面的高度等于第四比较光栅的顶部表面高度，且所述第二比较光栅的顶部表面的高度与第一比较光栅的顶部表面的高度不相同，所述第四比较光栅的顶部表面的高度与第三比较光栅的顶部表面的高度不相同。8.如权利要求7所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述第二比较光栅的顶部表面的高度大于或小于第一比较光栅的顶部表面的高度。9.如权利要求7所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述第四比较光栅的顶部表面的高度大于或小于第三比较光栅的顶部表面的高度。10.一种对如权利要求1～9任一项所述的套刻标记进行套刻测量的方法，其特征在于，包括：基底沿第一方向运动；一束照射光依次对基底上的第一基准光栅和第一比较光栅，以及第二基准光栅和第二比较光栅进行照明，另一束照射光同时依次对第三基准光栅和第三比较光栅，以及第四基准光栅和第四比较光栅进行照明；各光栅在被照明时产生衍射光；检测套刻测量标记产生的衍射光，分别获得第一基准光栅和第一比较光栅对应的第一光强，第二基准光栅和第二比较光栅对应的第二光强，第三基准光栅和第三比较光栅对应的第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：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，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31