刻误差，也就是本发明中需要求得的量。郝么提供第二套刻测量标记，请参考图 4a，与第一套刻测量标记基本相同，不同之处在于，两个套刻测量标记的预设偏移量是相反 的，所述第二套刻测量标记的预设偏移量5为一Δ，则在具有套刻误差的情况下，第二套刻 测量标记的偏移量6为一Δ+ε,如图4b所不。
[0056] 于是，首先利用所述的套刻误差测量装置和第一套刻测量标记进行第一次测量， 光源发射出正入射的测量光束到第一套刻测量标记上，由所述探测器探测衍射光谱，获得 第一套刻测量标记上光强的非对称性Afight。之后利用所述的套刻误差测量装置和第二套刻 测量标记进行第二次测量，光源发射出正入射的测量光束到第二套刻测量标记上，由所述 探测器探测衍射光谱，获得第二套刻测量标记上光强的非对称性Awt。由于当测量光正入 射到第一套刻测量标记上时，由于套刻误差引起的标记结构不对称性使衍射光的高级次 光光强产生不对称性，该不对称性在很小的套刻误差范围内随套刻误差近似线性变化。光 强的非对称性A=Li-I1 =k·ε，Li和I1分别表示入射光的+/-1级衍射光的光强，k是 标记工艺，W及测量光属性、标记结构、材料等相关的因子。则依据测得的两个套刻测量标 记上光强的非对称性，计算出套刻误差
[0057]
[0058] 本发明的照明系统产生的对称照明光斑用于照明物镜光瞳，其中照明光斑可通过 光阔或其他类似装置实现，所谓对称照明指物镜光瞳面的照明光斑大小尺寸、光强分布相 对物镜光瞳中必对称分布。一种对称照明如图5a所示，为2个靠近物镜光瞳边缘的圆弧 状光斑50。送种照明模式下，套刻标记衍射光光谱如图化和图5c所示，图化示出了第一 方向（WX方向为例）套刻标记形成的衍射光谱51，图5c示出了第二方向（WY方向为 例）套刻标记形成的衍射光谱52。即该照明模式下，可测量相互垂直的两个方向的套刻误 差。衍射光谱沿套刻标记周期方向在物镜光瞳上分布，送是因为物镜光瞳上的位置与衍射 角间的关系为x=f·sine,如图6所示，其中X为光瞳径向坐标，Θ为衍射角，f为物镜 焦距。照明系统产生的另两种对称照明如图7a和图8a所示，均可实现对2个方向套刻误 差的测量。由此可见，在上述的第一套刻测量标记和第二套刻测量标记，既可W是沿第一方 向排布，也可W沿第二方向排布，且第一方向和第二方向垂直。或者，在需要的情况下，可W 将两种方向的套刻测量标记皆设计出，W适应工艺需要。
[0059] 在本发明中，通过将照明系统中的孔径光阔加W适当的调整，可W获得除图5a外 的其他对称照明模式。本发明中列举了其中较为典型的模式，请参考图7a和图8曰。图7a 中产生四条条状光斑70,靠近边缘分布。图8a中的四条条状光斑80则沿四象限边界分布。 送两种模式通过本发明的套刻误差测量装置获得的Χ、γ方向的衍射光谱如图化中光谱71、 图7c中光谱72及图8b中光谱81、图8c中光谱82所示。
[0060] 本发明中采用狭长的对称照明光斑，在送种照明模式下，套刻标记的衍射光谱能 覆盖大部分的物镜光瞳区域，W获取尽量多的衍射光信号，提高测量的精度。狭长的照明光 斑存在一定的宽度，令其沿套刻标记周期方向的宽度为d，则在其衍射光谱中，每一点测得 的信号实际为多个波长衍射光叠加的结果。令狭缝中必一点，波长为λ。的衍射光在衍射 光谱中的角度位置为sinΘ。=λ"/ρ，则狭缝其他位置的其他波长的光也能达到衍射光谱 的该位置，即波长在Λ±^-·Ρ范围内所有衍射级次的叠加。此时，测得的套刻标记衍射光谱 非对称性为：
[0061]
[0062] 其中λ1包含所有到达衍射光谱一点的衍射光波长，Κ为一系数。由此可见，经过 上述推导，本发明的方法所适用的理论也是正确的。此外，只有当照明狭缝宽度趋近于无穷 小时，测得的衍射光谱将为各个不同波长分离的光强分布。即例如在图7c中，光谱72包括 有叠加的衍射光谱。也就是说，本发明可W通过测量衍射光谱中相同波长或几种相同波长 组合的衍射光强非对称性测量套刻误差。
[0063] 显然，本领域的技术人员可W对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。送样，倘若本发明的送些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含送些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种套刻误差测量装置，用于对放置于工件台上的套刻测量标记进行套刻误差的分 析，所述套刻误差测量装置包括光源系统、照明系统、主分光镜、物镜及探测器；所述光源系 统提供宽波段的测量光束，所述测量光束经过照明系统形成一对称分布的照明光束，所述 照明光束入射到主分光镜上发生反射，反射光通过物镜后汇聚到套刻测量标记上发生色散 效应，所述物镜收集从套刻测量标记上衍射的各种波长的光，并透过主分光镜被一探测器 接收，探测套刻测量标记的衍射光谱。2. 如权利要求1所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述测量光束在照明系统中 分成两束相等的光，这两束光分别保持像不变和像旋转180°，之后合成，形成一对称分布 的照明光束。3. 如权利要求2所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述照明系统包括第一分光 镜、第一成像系统和第二成像系统；测量光束经过第一分光镜分为两束相等的光，一束光通 过第一成像系统保持像不变，另一束光通过第二成像系统后像旋转180°，所述第一成像系 统和所述第二成像系统倍率大小相同。4. 如权利要求3所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述照明系统包括第二分光 镜、第一反射镜和第二反射镜，所述第一成像系统和所述第二成像系统皆包括多个透镜，由 第一分光镜透射的一束光经过第一成像系统后由第二分光镜透射，保持像不变；由第一分 光镜反射的另一束光经过第一反射镜反射后进入第二成像系统，继续经过第二反射镜和第 二分光镜反射，像旋转180°，并与透射的光合成。5. 如权利要求3所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述照明系统包括第二分光 镜、第一反射镜和第二反射镜，所述第一成像系统包括多个透镜，所述第二成像系统包括两 个道威棱镜；由第一分光镜透射的一束光经过第一成像系统后由第二分光镜透射，保持像 不变；由第一分光镜反射的另一束光经过第一反射镜反射后进入第二成像系统，继续经过 第二反射镜和第二分光镜反射，像旋转180°，并与透射的光合成。6. 如权利要求5所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述两个道威棱镜共光轴且 呈90°夹角。7. 如权利要求3所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述照明系统包括第二分光 镜、第一反射镜和第二反射镜，所述第一成像系统和所述第二成像系统皆包括两个道威棱 镜；由第一分光镜透射的一束光经过第一成像系统后，入射第二反射镜反射，并经第二分光 镜反射，保持像不变；由第一分光镜反射的另一束光经过第一反射镜反射后进入第二成像 系统，继续经过第二分光镜透射，像旋转180°，并与第二分光镜反射的光合成。8. 如权利要求7所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述第一成像系统的两个道 威棱镜共光轴且呈180°夹角，所述第二成像系统的两个道威棱镜共光轴且呈90°夹角。9. 一种套刻误差测量方法，包括： 利用如权利要求1~8中任一项所述的套刻误差测量装置，发射出正入射的测量光束 到第一套刻测量标记和第二套刻测量标记上； 由所述探测器探测衍射光谱，并计算出套刻误差其中，4lght为第一套刻测量标记上光强的非对称性，Aleft为第二套刻测量标记上光强 的非对称性，△为两个套刻测量标记的预设偏移量。10. 如权利要求9所述的套刻误差测量方法，其特征在于，包括： 所述第一套刻测量标记和第二套刻测量标记均为周期性结构，二者的周期相同，预设 偏移量相反。11. 如权利要求10所述的套刻误差测量方法，其特征在于，所述第一套刻测量标记和 第二套刻测量标记均沿第一方向排布或者均沿第二方向排布，所述第一方向与第二方向垂 直。
【专利摘要】本发明揭示了一种套刻误差测量装置及方法。所述套刻误差测量装置包括光源系统、照明系统、主分光镜、物镜及探测器；所述光源系统提供宽波段的测量光束，所述测量光束经过照明系统形成一对称分布的照明光束，所述照明光束入射到主分光镜上发生反射，反射光通过物镜后汇聚到套刻测量标记上发生色散效应，所述物镜收集从套刻测量标记上衍射的各种波长的光，并透过主分光镜被一探测器接收，探测套刻测量标记的衍射光谱。本发明的套刻误差测量装置及方法，可显著提高工艺适应性和光源能量利用率。
【IPC分类】G03F7/20
【公开号】CN105446082
【申请号】CN201410412523
【发明人】陆海亮, 彭博方, 王帆
【申请人】上海微电子装备有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年8月20日