一种高精度套刻测量量值溯源方法及散射仪

1.本发明涉及光刻机套刻测量领域，特别是涉及一种高精度套刻测量量值溯源方法及散射仪。


背景技术：

2.在套刻精度量值溯源方面，目前国际上仅nist开展了图像型套刻对准测量设备(ibo)的量值溯源技术研究，但针对本项目研制的衍射型套刻对准测量设备(dbo)尚无相应量值溯源技术方法。
3.量值溯源的关键是利用准确度等级较高的计量标准在规定的不确定度内对准确度等级较低的计量标准或者工作计量器具进行检定或者校准。溯源的起点是测量器具测得的量值即测得值，通过工作计量器具、各级计量标准追溯至国家基准。作为某一个量定值依据的国际计量基准或国家计量基准就是这个量值的源头，是准确度的最高点。由于各种原因，任何计量器具都具有不同程度的误差，一个测量计量设备必须在误差允许的范围内才能科学使用，否则将得出错误的结果。如果没有量值溯源，就不能说明计量设备的计量结果的准确性。所以dbo设备的量值溯源技术方法对套刻精度检测设备的结果有评价作用，能保证结果的可信度。因此，研究高精度套刻测量量值溯源技术可满足本项目研制设备的测量精度测试溯源需求。


技术实现要素：

4.为了弥补上述现有技术的可信度的不足，本发明提出一种高精度套刻测量量值溯源方法及散射仪。
5.本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
6.本发明提出一种高精度套刻测量量值溯源方法，包括如下步骤：s1：流片加工裸硅片得到晶圆样片，切割分离晶圆样片得到套刻精度芯片；s2：用计量型标准散射仪定值溯源套刻精度标准样片，将套刻精度标准样片安装在不同尺寸的载体晶圆上；s3：将多组不同尺寸的套刻精度标准样片经过套刻对准测量设备进行溯源。
7.在一些实施例，所述晶圆样片设定预偏移量不大于25nm，套刻误差偏移量x方向和y方向取-25nm至25nm。
8.在一些实施例，所述s2步骤具体包括：s21：放置套刻精度标准样片于精密转台上，精密转台上安装有圆光栅传感器，用以对角度进行溯源；s22：从线偏振稳频激光器输出光束，经过调制后照射到光栅上，-1级衍射光由含积分球的第一光电探测器获取；s23：调整可旋转线性检偏器，获得不同偏振状态下的衍射光强，通过第一光电探测器和第二光电探测器的差分对比，获取光栅的严格衍射性能，实现衍射仪的测量结果向波长的溯源。
9.在一些实施例，所述s22步骤中，光束在分光镜处分光，向第一光电探测器和第二光电探测器反向传递不同能量比例的光源，第一光电探测器、第二光电探测器可以接收并计算出两个光程的光源能量，进一步计算光栅的严格衍射性能。
10.在一些实施例，所述s22步骤中，从线偏振稳频激光器射出到达分光镜前的光强是i，经过分光镜后，第二光电探测器接收到的光强是i1，投向标准芯片的光强是i2，经过光栅衍射后，第一光电探测器接收到的-1级的衍射光强是i3，求解光栅-1级的衍射效率η-1
，i＝i1+i2，η-1
＝i3/i2。
11.在一些实施例，所述s23步骤中，当光源入射时，光栅方程为：d(sini
±
sinθ)＝mλ，其中d是狭缝间距，即光栅常数，m是衍射级次，取值为0，
±
1，
±
2，
····
，θ是衍射光线与法线的夹角，i是入射光线与法线的夹角；在考察与入射光同一侧的衍射光谱时，上式取正号；在考察与入射光异侧的衍射光谱时，上式取负号，根据上式实现对波长的溯源。
12.在一些实施例，包括：依次连接的光源模块、光线传输模块、第二光电探测器、溯源模块和第一光电探测器，所述光线传输模块用于对光路进行整形、空间滤波和分束传输。
13.在一些实施例，所述光源模块包括线偏振稳频激光器；所述光线传输模块包括可旋转线性检偏器、分光镜、圆孔光阑；所述溯源模块包括精密转台；所述标准芯片放置于所述精密转台上；所述精密转台上有圆光栅传感器，用于对角度进行溯源；所述散射仪使用线偏振稳频激光器和精密转台，结合套刻精度标准样片的图形结构先验信息，实现散射仪的测量结果向波长和角度的溯源。
14.本发明还提出一种高精度套刻测量量值溯源的终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如以上任一所述方法的步骤。
15.本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如以上任一所述方法的步骤。
16.本发明与现有技术对比的有益效果包括：本发明提出一种光刻套刻精度的高效溯源方法，可制备套刻测量晶圆标准片。
17.在一些实施例，本发明与现有技术对比的有益效果包括：本发明实现套刻对准测量精度向波长和角度的量值溯源。
附图说明
18.图1是本发明实施例的套刻对准测量设备量值溯源流程示意图；
19.图2是本发明实施例的套刻精度量值溯源总体技术路线示意图1；
20.图3是本发明实施例的套刻精度量值溯源总体技术路线示意图2；
21.图4是本发明实施例的套刻精度量值溯源总体技术路线示意图3；
22.图5是本发明实施例的套刻精度量值溯源总体技术路线示意图4；
23.图6是本发明实施例的标准衍射仪测量原理示意图；
24.图7是本发明实施例的标准衍射仪测量原理结构框图；
25.图8是本发明实施例的套刻精度标准样片总体结构设计示意图1；
26.图9是本发明实施例的套刻精度标准样片总体结构设计示意图2。
27.附图标记如示：
28.1-线偏振稳频激光器；2-半波片；3-可旋转线性检偏器；4-分光镜；5-圆孔光阑；6-第一光电探测器；7-第二光电探测器；8-精密转台；9-标准芯片。
具体实施方式
29.下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下、顶、底等方位用语，仅是互为相对概念，或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应认为是具有限制性的。
31.本发明针对套刻测量精度的测试溯源需求，研究套刻精度标准芯片的设计制备方案，研究标准芯片的套刻精度定值溯源方法，开发计量型标准衍射仪，研究标准芯片晶圆安装工艺技术，研制300mm尺寸套刻精度标准晶圆，实现套刻对准测量设备的精度测试溯源。
32.本发明实施例针对套刻对准测量设备的溯源流程图如图1所示。
33.其中流程的最终目的是，本发明所设计的套刻对准测量设备测量的结果代表套刻精度，需要用套刻精度标准样片对测量设备进行评价。先加工用于溯源的套刻精度标准样片，用标准散射仪对溯源传递标准芯片样品进行测量，再用国家级及以上的计量标准装置对标准散射仪在波长、角度等指标的精度进行评价。经过一步步的量值溯源，从而说明并且证明套刻对准测量装置的测量精度、不确定度等指标。
34.本发明实施例开展套刻测量量值溯源技术研究的总体路线如图2、图3、图4、图5所示。标准传递芯片的加工过程如图2，以直径为200mm的裸硅片为例，经过流片加工得到直径200mm的晶圆样片，晶圆样片中可以加工出多个芯片，对晶圆样片进行切割分离，得到标准的套刻精度传递芯片。如图3，用标准散射仪定值溯源套刻精度芯片，并将套刻精度标准芯片安装至载体晶圆上。如图4、图5，表示将套刻标准芯片安装在不同尺寸的载体晶圆上。从左到右分别表示载体晶圆的直径为100mm(4英寸)、150mm(6英寸)、200mm(8英寸)、300mm(12英寸)，将多组不同尺寸的套刻精度标准样片经过套刻对准测量设备进行溯源。
35.本发明实施例的标准衍射仪测量原理如图6所示，将标准芯片放置于精密转台上，转台分辨率为0.1角秒，精密转台上有圆光栅传感器，用来对角度进行溯源，转台分辨率值越小代表分辨能力越强，转台分辨率大于0。从线偏振稳频激光器输出的光束经过一系列调制后照射到光栅上，-1级衍射光由含积分球的第一光电探测器获取。调整可旋转线性检偏器，可以获得不同偏振状态下的衍射光强，通过第一光电探测器和第二光电探测器的差分对比，获取光栅的严格衍射性能，实现衍射仪的测量结果向波长的溯源。其中，光源在分光镜处分光，向第一光电探测器和第二光电探测器反向传递不同能量比例的光源，第一光电探测器和第二光电探测器可以接收并且计算出两个光程的光源能量，进一步计算光栅的严格衍射性能。图6中，从线偏振稳频激光器出射出到达分光镜之前的光强是i，经过分光镜后，第二光电探测器中接收到的光强是i1，投向标准芯片的光强是i2，经过光栅衍射后，光电探测器1接收到的-1级的衍射光强是i3，从而就可以求解光栅-1级的衍射效率η-1
(以-1级的衍射效率为例)，且i＝i1+i2，η-1
＝i3/i2。
36.当光源入射时，光栅方程为：d(sini
±
sinθ)＝mλ，其中d是狭缝间距，即光栅常数，m是衍射级次，取值为0，
±
1，
±
2，
····
；θ是衍射光线与法线的夹角，i是入射光线与法线的夹角，在考察与入射光同一侧的衍射光谱时，上式取正号；在考察与入射光异侧的衍射光谱时，上式取负号，根据上述公式从而实现向波长的溯源。
37.针对实验中所需要的标准样品，由晶圆厂流片加工，其总体结构设计如图8、图9所示，设定预偏移量为25nm，套刻误差偏移量x方向和y方向取-25nm至25nm，光栅周期设定为1
微米。在图4中，f0代表预设偏移量，ovl
x
代表x方向套刻误差偏移量，ovly代表y方向套刻误差偏移量，d代表光栅周期，l代表偏移量，w＝w1+w2，代表总线宽。
38.如图7所示，一种高精度套刻测量量值溯源的散射仪，包括：光源模块、光线传输模块、第二光电探测器6、溯源模块和第一光电探测器7。光源模块可以选用但不限于线偏振稳频激光器。光线传输模块可以选用但是不限于检偏器、分光镜、圆形光阑等器件对光路进行整形、空间滤波、分束等传输功能。溯源模块包括但不限于精密转台、圆光栅传感器等。
39.具体包括：线偏振稳频激光器1、半波片2、可旋转线性检偏器3、分光镜4、圆孔光阑5、第一光电探测器6、第二光电探测器7、精密转台8；所述标准芯片9放置于所述精密转台8上；所述精密转台8上有圆光栅传感器，用于对角度进行溯源；所述散射仪使用线偏振稳频激光器1和精密转台8，结合套刻精度标准样片的图形结构先验信息，实现散射仪的测量结果向波长和角度的溯源。
40.针对衍射型套刻对准测量设备国内外暂无测量精度量值溯源方法的现状，本发明提出一种光刻套刻精度的高效溯源方法，通过采用单波长稳频激光和高精度测角转台构造标准散射仪，研究制备套刻测量晶圆标准片，实现衍射型套刻对准测量精度向波长和角度的量值溯源。
41.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。