【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电路制造，更具体地说，涉及一种宽光谱散射与成像融合式套刻误差测量装置及方法。
技术介绍
1、集成电路（ic）产业是我国的基础性、战略性和先导性产业。近年来，ic制造领域迅速发展，光刻图形关键尺寸（cd）不断减小，尤其是双层曝光技术和多层曝光技术的广泛应用，光刻工艺对套刻测量精度提出了更高的要求，现已进入亚纳米的套刻测量精度。套刻误差(overlay error)是描述当前层和上一层套刻精准性的重要指标。基于衍射的套刻误差测量技术（diffraction-based overlay，dbo）由于具有较高的测量精度，正越来越受到重视，已逐步成为套刻误差测量的主要方法。
2、现有技术中公开了一种基于衍射的套刻测量技术，是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。但是，现有的套刻误差测量技术还存在一些不足：（1）套刻误差测量光路复杂，复杂的光路容易引起光学像差，造成套刻误差测量不准确；（2）测量目标的图像难以搜索和定位，测量效率低；（3）由于不同覆层材料和基底材料套刻标记的光谱响应不同，测量结果的一致性、测量精度和稳定性有待提高。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本申请提供一种宽光谱散射与成像融合式套刻误差测量装置及方法，通过多显微物镜镜头转换，基于衍射（散射）套刻误差测量光路简化，散射和成像套刻误差测量方法融合，环形光斑照明可变，简化了套刻误差测量的光路结构，提高了套刻误差测量的效率、测量精度和稳定性。
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3、本专利技术还提供了一种宽光谱散射与成像融合式套刻误差测量方法，宽光谱光源发出的光，经过光束准直系统、滤波器、偏振器、光斑整形模块后，通过第一分光棱镜反射后进入显微物镜，经显微物镜聚焦后照射到套刻测量标记上产生的反射光和衍射光，又通过显微物镜被收集，一路光通过第一分光棱镜后再经第二分光棱镜反射后，通过第一成像镜组将套刻测量标记的像成到第一相机上，这路光主要用于搜索图像及定位测量目标；另一路光通过第一分光棱镜后再通过第二分光棱镜，光线通过第二成像镜组后，通过具有可调光阑的反射镜的反射，光线再次通过第二成像镜组，经过第二分光棱镜的反射和补偿镜后，将显微物镜光瞳面的像成到第二相机上，这一路光主要用于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，计算获得套刻误差。
4、相比于现有技术，本申请的优点在于：
5、1、本专利技术采用复用第二成像镜组的结构形式，简化了套刻误差测量光路，使测量装置整体上结构更加紧凑，减小了装置体积；光瞳面（角谱面）的像1:1完美成像到第二相机的感光面上，消除了高倍率成像引起的各种像差，再通过增加补偿镜补偿第一分光棱镜和第二分光棱镜对光程的影响，可以实现套刻误差测量光路极低像差成像和几乎无畸变的成像质量，通过在反射镜处设置可调光阑，可以控制光线入射的角度，去除杂散光，使衍射图像更清晰，更有利于准确地计算套刻误差。
6、2、本专利技术的散射和成像测量光路有效融合进行套刻误差测量，独立实现各自功能，可以提高套刻误差测量的效率。解决了单一采用基于成像的套刻误差测量或基于衍射的套刻误差测量的不足，既实现了搜索和定位图像，又能精确测量套刻误差。
7、3、本专利技术采用宽光谱光源和多显微物镜转换结合，可以进行更宽光谱材料套刻误差测量。采用多波段多波长计算获得套刻误差，可以补偿不同光谱特征造成的衍射图像差异，通过获取更多维度的表面信息对套刻误差进行综合评价，可以提升误差测量精度和稳定性，降低了工艺偏差对套刻误差测量精度的影响。
8、4、本专利技术采用可变环形光斑照明，实现不同照明模式，有利于提高套刻测量精度。
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1.一种宽光谱散射与图像融合式套刻误差测量装置，其特征在于：包括依次串联的光束准直系统（2）、滤波器（3）、偏振器（4）、光斑整形模块（5），光束准直系统（2）的输入端连接宽光谱光源（1）发出的光，光斑整形模块（5）的输出端与第一分光棱镜（6）的输入端连接，第一分光棱镜（6）的第一输出端与显微物镜（7）的输入端连接；显微物镜（7）的输出端与套刻测量标记（8）连接；第一分光棱镜（6）的第二输出端与第二分光棱镜（10）的输入端连接；第二分光棱镜（10）的第一输出端串联第二成像镜组（11）、反射镜（12），第二分光棱镜（10）的第二输出端串联第一成像镜组（14）、第一相机（13），第二分光棱镜（10）的第三输出端串联反射和补偿镜（15）、第二相机（16）；套刻测量标记（8）的下部设置可调工件台（9）。
2.根据权利要求1所述的宽光谱散射与图像融合式套刻误差测量装置，其特征在于：宽光谱光源（1），用于产生宽光谱的照明光，经光束准直系统（2）后准直为平行光，波长为200nm-1600nm。
3.根据权利要求1所述的宽光谱散射与图像融合式套刻误差测量装置，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的宽光谱散射与图像融合式套刻误差测量装置，其特征在于：第一分光棱镜（6）将照明光反射进入显微物镜（7），同时接收来自显微物镜（7）经套刻测量标记（8）的反射光和衍射光；所述第一分光棱镜（6）的分光比例为50:50。
5.根据权利要求1所述的宽光谱散射与图像融合式套刻误差测量装置，其特征在于：显微物镜（7），将照明光聚焦到套刻测量标记上，并接收经套刻测量标记后产生的反射光和衍射光，数值孔径NA＞0.9。
6.根据权利要求1所述的宽光谱散射与图像融合式套刻误差测量装置，其特征在于：第二分光棱镜（10）将来自所述第一分光棱镜（6）的光继续分光，一路光经第一成像透镜组（14）进入第一相机（13），另一路光经过第二成像透镜组（11）和反射镜（12）后再次进入第二成像透镜组（11），通过所述第二分光棱镜（10）的反射后通过补偿镜（15）进入第二相机（16）；所述第二分光棱镜（10）的分光比例是50:50。
7.根据权利要求1所述的宽光谱散射与图像融合式套刻误差测量装置，其特征在于：所述第二成像透镜组（11）、具有可调光阑的反射镜（12）组成一个中继透镜组，所述中继透镜组为物像关系1:1的双远心镜组，该双远心镜组将显微物镜（7）的光瞳面成像到第二相机（16）的感光面上；显微物镜（7）的光瞳面和第二相机（16）的感光面互为共轭面。
8.根据权利要求1所述的宽光谱散射与图像融合式套刻误差测量装置，其特征在于：所述显微物镜（7），通过可旋转反射镜（17）切换显微物镜镜头，通过切换第一显微物镜（71）、第二显微物镜（72）和第三显微物镜（73），实现更宽光谱样品的测量。
9.根据权利要求1所述的宽光谱散射与图像融合式套刻误差测量装置，其特征在于：所述第一显微物镜（71）为UV显微物镜，波长范围为200nm-480nm；所述第二显微物镜（72）为VIS显微物镜，波长范围为480nm-900nm；所述第三显微物镜（73）为IR显微物镜，适用于波长范围为900nm-1600nm。
10.基于权利要求1-9任一项所述的宽光谱散射与图像融合式套刻误差测量装置的测量方法，其特征在于：宽光谱光源（1）发出的光，经过光束准直系统（2）、滤波器（3）、偏振器（4）、光斑整形模块（5）后，通过第一分光棱镜（6）反射后进入显微物镜（7），经显微物镜（7）聚焦后照射到套刻测量标记（8）上产生的反射光和衍射光，又通过显微物镜（7）被收集，一路光通过第一分光棱镜（6）后再经第二分光棱镜（10）反射后，通过第一成像镜组（14）将套刻测量标记（8）的像成到第一相机（13）上，这路光主要用于搜索图像及定位测量目标；另一路光通过第一分光棱镜（6）后再通过第二分光棱镜（10），光线通过第二成像镜组（11）后，通过具有可调光阑的反射镜（12）的反射，光线再次通过第二成像镜组（11），经过第二分光棱镜（10）的反射和补偿镜（15）后，将显微物镜（7）光瞳面的像成到第二相机（16）上，这一路光用于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，计算获得套刻误差。
...【技术特征摘要】
1.一种宽光谱散射与图像融合式套刻误差测量装置，其特征在于：包括依次串联的光束准直系统（2）、滤波器（3）、偏振器（4）、光斑整形模块（5），光束准直系统（2）的输入端连接宽光谱光源（1）发出的光，光斑整形模块（5）的输出端与第一分光棱镜（6）的输入端连接，第一分光棱镜（6）的第一输出端与显微物镜（7）的输入端连接；显微物镜（7）的输出端与套刻测量标记（8）连接；第一分光棱镜（6）的第二输出端与第二分光棱镜（10）的输入端连接；第二分光棱镜（10）的第一输出端串联第二成像镜组（11）、反射镜（12），第二分光棱镜（10）的第二输出端串联第一成像镜组（14）、第一相机（13），第二分光棱镜（10）的第三输出端串联反射和补偿镜（15）、第二相机（16）；套刻测量标记（8）的下部设置可调工件台（9）。
2.根据权利要求1所述的宽光谱散射与图像融合式套刻误差测量装置，其特征在于：宽光谱光源（1），用于产生宽光谱的照明光，经光束准直系统（2）后准直为平行光，波长为200nm-1600nm。
3.根据权利要求1所述的宽光谱散射与图像融合式套刻误差测量装置，其特征在于：光斑整形模块（5），用于产生多种模式的照明光，是由变焦扩束透镜组（51）和平凹锥透镜（52）和平凸锥透镜（53）组成，通过调节镜组之间的距离实现圆光斑照明和可变化的环形光斑照明。
4.根据权利要求1所述的宽光谱散射与图像融合式套刻误差测量装置，其特征在于：第一分光棱镜（6）将照明光反射进入显微物镜（7），同时接收来自显微物镜（7）经套刻测量标记（8）的反射光和衍射光；所述第一分光棱镜（6）的分光比例为50:50。
5.根据权利要求1所述的宽光谱散射与图像融合式套刻误差测量装置，其特征在于：显微物镜（7），将照明光聚焦到套刻测量标记上，并接收经套刻测量标记后产生的反射光和衍射光，数值孔径na＞0.9。
6.根据权利要求1所述的宽光谱散射与图像融合式套刻误差测量装置，其特征在于：第二分光棱镜（10）将来自所述第一分光棱镜（6）的光继续分光，一路光经第一成像透镜组（14）进入第一相机（13），另一路光经过第二成像透镜组（11）和反射镜（12）后再次进入第二成像透镜组（11），通...
【专利技术属性】
技术研发人员：李建立，曾爱军，陈宽，高培丽，
申请(专利权)人：南京先进激光技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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