套刻误差测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及集成电路制造领域的设备，特别涉及一种应用于光刻测量技术中的套 刻误差测量装置及方法。
【背景技术】
[0002] 根据半导体行业组织（International Technology Roadmap for Semicomluctors，ITR巧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22皿及W下工艺节点，特别是双重曝光值ouble 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, IB0) 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 值iffraction-Based overlay, DB0)正逐步成为套刻测量的主要手段。
[0003] 美国专利US7791727B2(下文称文献1)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，如其公式6所示，中国专利CN1916603也公开了类似 的技术，其中图10是一种环形照明模式下，各个衍射级次的角分辨谱在CCD探测器上的分 布情况。
[0004] 文献1中的Fig. 3是该技术方案的装置结构图，光源2发出的光经干涉滤波装置 30后形成窄带宽的入射光，物镜Ll将入射光汇聚到娃片的套刻标记上。探测器32位于物 镜的后焦面，套刻标记的衍射光被物镜收集后被探测器接受。探测器测得套刻标记各个角 度衍射光的角分辨谱。为了获得大范围的角分辨谱，该方案中使用大数值孔径（numerical aperture,NA)的物镜。由于不同波长的衍射光的衍射角度不同，为了防止不同波长角分辨 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。原则上，该 方案只能一次测量一个波长下的反射光角分辩谱。为了进行多波长测量，Fig. 6, 7提供了 一种在物镜光瞳面进行分光的方案，W便同时测量多个分立波长下的角分辩谱。
[0005] 尽管如此，文献1仍然只能测量有限个分立的波长。从其描述中可知，首先，该方 案用于套刻误差测量的测量光波长范围有限，面对复杂的半导体制造工艺，可能存在一定 的工艺适应性问题。例如，若测量波长正好是膜厚的4倍，则容易发生干涉效应而使反射率 大大降低，从而造成测量精度的下降；其次，该方案使用的大NA物镜方案，具有很小的焦深 范围。一般而言，该角分辨谱测量方案中，测量光使用的有效孔径大于0. 9, W典型测量波 长600nm计算，则其有效焦深范围不到lum，因此，在测量过程中必须对焦面位置进行高精 度的控制，送将影响测量速度和精度；若焦面控制不力，则测量光斑极易扩散到被测套刻标 记外，形成大量杂光，从而影响套刻测量精度。
【发明内容】
[0006] 本发明的一个目的在于解决检测套刻误差时测量波长不能使用宽波段，W提高测 量工艺适应性的问题。
[0007] 本发明的另一个目的在于解决检测套刻误差时光能利用率较低，测量信号获取时 间较长的问题。
[0008] 本发明的另一个目的在于解决检测套刻误差时，在利用高级次光测量套刻误差 时，有效信号少的问题。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明提供一种套刻误差测量装置，用于对放置于工件台 上的被测对象进行套刻误差的分析，所述被测对象为周期性结构，所述套刻误差测量装置 包括：
[0010] 光源系统、第一分光镜、快口、第二分光镜、显微物镜、透镜组及探测器；其中，所述 光源系统提供宽波段的线形测量光束；所述测量光束入射到第一分光镜上分为两束测量 光，所述快口使得其中一束测量光通过，该束测量光入射第二分光镜上后反射；反射光通过 显微物镜后每一点W不同的入射角投射到被测对象上发生反射和衍射，并再次通过所述显 微物镜达到探测器上，形成衍射光谱测量信号。
[0011] 可选的，对于所述的套刻误差测量装置，还包括监测光栅，所述快口使得其中另一 束测量光通过，该束测量光入射第二分光镜上后还发生透射；透射光经过透镜组后投射在 与被测对象共辆且周期相同的监测光栅上，透射光投射在监测光栅上后衍射光依次经过透 镜组和第二分光镜到达探测器上，形成衍射光谱监测信号。
[0012] 可选的，对于所述的套刻误差测量装置，经第一分光镜分为的两束测量光分列于 所述透镜组的光轴两侧，且对称分布；该两束测量光经第二分光镜反射后分列于所述显微 物镜的光轴两侧，且对称分布。
[0013] 可选的，对于所述的套刻误差测量装置，所述监测光栅包括W所述透镜组的光轴 为对称轴的第一监测光栅和第二监测光栅，所述第一监测光栅沿顺时针方向与所述透镜组 的光轴呈一锐角，所述第一监测光栅和第二监测光栅分别对应所述两束测量光。
[0014] 可选的，对于所述的套刻误差测量装置，所述第一分光镜与快口之间还设置有狭 缝光阔。
[0015] 可选的，对于所述的套刻误差测量装置，所述光源系统包括光源、光源整形系统及 准直系统，光源发出光产生二维的面光源，经过所述光源整形系统后，形成一维的线光源， 所述线光源经过准直系统形成平行光。
[0016] 可选的，对于所述的套刻误差测量装置，所述光源为白光光源，或者由若干个分立 谱线组成的复合光源。
[0017] 可选的，对于所述的套刻误差测量装置，所述光源整形系统为若干个光纤组成的 光纤簇，所述光纤簇靠近光源处的一端W二维面或H维面排布，在另一端W线形排布。
[0018] 可选的，对于所述的套刻误差测量装置，所述H维面为半球形或楠球形，每一光纤 的入射面与所述H维面相切。
[0019] 可选的，对于所述的套刻误差测量装置，所述套刻误差测量装置还包括一起偏器 和一检偏器，所述起偏器位于光源与第一分光镜之间，所述检偏器位于所述第二分光镜与 探测器之间。
[0020] 可选的，对于所述的套刻误差测量装置，所述起偏器与分光镜之间设置有一补偿 器，通过旋转补偿器W测得偏振态的反射率变化和位相变化。
[0021] 可选的，对于所述的套刻误差测量装置，所述起偏器与光源之间还设置有一滤光 装置。
[0022] 可选的，对于所述的套刻误差测量装置，所述滤光装置为干涉式的滤波片，单色 仪，或声光调制器。
[0023] 本发明提供一种套刻误差测量方法，包括：
[0024] 利用所述的套刻误差测量装置，控制所述快口使得两束测量光分别入射第一被测 对象，从而在光瞳相同位置处分别获得的正、负级次衍射光谱，测得第一被测对象的光强非 对称性A"ght ;
[0025] 利用所述的套刻误差测量装置，控制所述快口使得两束测量光分别入射第二被测 对象，从而在光瞳相同位置处分别获得的正、负级次衍射光谱，测得第二被测对象的光强非 对称性Awt ;
[002引则计算套刻误差
[0027] 其中，第一被测对象的预设偏移量为A，第二被测对象的预设偏移量为一A。
[0028] 可选的，对于所述的套刻误差测量方法，包括：
[0029] 将第一被测对象放置在工件台上，调整快口使得一束测量光通过，获得正级次衍 射光谱；
[0030] 调整快口使得另一束测量光通过，获得负级次衍射光谱；
[0031] 将两次衍射光谱对应的光强相减得Aright = k ( e + A );
[0032] 将第二被测对象放置在工件台上，调整快口使得一束测量光通过，测得正级次衍 射光谱；
[0033] 调整快口使得另一束测量光通过，测得负级次衍射光谱；
[0034] 将两次衍射光谱对应的光强相减得Awt = k ( e - A );
[003引其中，k为标记工艺及测量光属性相关的因子。
[0036] 可选的，