[發明專利]套刻測量裝置

有效

• 申請號: 201510196999.6
• 申請日: 2015-04-23
• 公開（公告）號: CN106154764B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 岳力挽;伍強;劉洋
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G03F9/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 應戰,吳敏

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種套刻測量裝置。

背景技術

光刻是集成電路制作的主要工藝，光刻工藝的任務是實現掩膜版上的圖形向硅片上的光刻膠層的轉移。

現有的光刻工藝一般是通過光刻裝置進行，現有的光刻裝置一般包括：晶圓載物臺，用于裝載晶圓；掩膜版載物臺，位于晶圓載物臺上方，用于裝載掩膜版；光源，位于掩膜版載物臺上方，用于提供曝光光線；光學投影單元，位于掩膜版載物臺和晶圓載物臺之間，用于將透過掩膜版的光投射到晶圓上。

在進行曝光工藝需要進行套刻(overlay)測量，判斷當前層與前層是否對準，以保證當前層形成的圖形與前層形成的圖形的對準。

現有的套刻測量包括基于圖形的套刻測量技術(image-based overlay，IBO)和基于衍射的套刻測量技術(diffraction-based overlay，DBO)。由于明場探測容易受到硅片襯底上各種缺陷的影響(例如襯底上的粗糙背景、套刻記號在化學機械平坦化工藝下的變形等)，基于圖形的套刻測量技術(IBO)已不能滿足新的工藝節點對套刻測量的要求，基于衍射的套刻測量技術(DBO)正逐步成為套刻測量的主要手段。

基于衍射的套刻測量技術(DBO)通過測量套刻標記衍射光角分辨率中正負衍射級間光強的非對稱性得到套刻誤差。

雖然基于衍射的套刻測量技術(DBO)可以判斷套刻測量是否存在偏移，但是難以獲得套刻偏移的具體值。

發明內容

本發明解決的問題是提高套刻測量的精度。

為解決上述問題，本發明提供一種套刻測量裝置，包括：照明單元，適于產生照射光，對晶圓上形成的第一套刻標記進行照明，第一套刻標記在被照亮時產生反射光，所述第一套刻標記包括第一方向第一套刻標記和第二方向第一套刻標記，第一方向與第二方向垂直；第一測量單元，適于接收第一方向第一套刻標記或第二方向第一套刻標記產生的反射光，使接收的反射光產生橫向偏移剪切干涉形成干涉光，并接收干涉光成第一圖像，并根據第一圖像判斷第一方向套刻或第二方向套刻是否存在偏移，以及獲得第一方向套刻或第二方向套刻的偏移量；第一驅動單元，與第一測量單元連接，適于驅動第一測量單元從第一位置旋轉到第二位置，使第一測量單元分別測量晶圓上第一方向第一套刻標記和第二方向第一套刻標記。

可選的，所述套刻測量裝置還包括第二測量單元和第三測量單元，所述晶圓上還形成有第二套刻標記和第三套刻標記，照明單元對第二套刻標記進行照明，第二套刻標記產生反射光，所述第二測量單元適于接收第二套刻標記產生的反射光并成第二圖像，并根據第二圖像判斷套刻是否存在偏移，所述照明單元對第三套刻標記，所述第三套刻標記產生正負衍射光，所述第三測量單元接收第三套刻標記產生的正負衍射光呈第三圖像，并根據第三圖像判斷套刻是否存在偏移。

可選的，還包括：第一光軸和與第一光軸垂直相交的第二光軸，位于第一光軸上的第一分束板，所述第一分束板具有第一表面和與第一表面相對的第二表面，位于第一光軸和第二光軸交點處的第二分束板，所述第二分束板具有第三表面和與第三表面相對的第四表面，第一分束板與第一光軸的角度為45度，所述第二分束板和第一分束板延長線的夾角為90度，且第二分束板的第三表面與第一分束板的第二表面相對。

可選的，所述第二測量單元位于第二分束板第四表面一側的第一光軸上，部分反射光穿過第一分束板和第二分束板后被第二測量單元接收。

可選的，所述第二測量單元包括第二成像透鏡和基于圖像的成像單元，所述第二成像透鏡位于第二分束板的第四表面一側的第一光軸上，所述基于圖像的成像單元位于第二成像透鏡的遠離第二分束板一側的第一光軸上，所述第二成像透鏡將透過第二分束板后的部分反射光聚焦在基于圖像的成像單元，基于圖像的成像單元接收經第二成像透鏡匯聚后的反射光成第二圖像，并根據第二圖像判斷套刻是否存在偏移。

可選的，所述第三測量單元位于第二分束板的第三表面一側的第二光軸上，部分正負衍射光穿過第一分束板后，在第二分束板的第三表面反射后被第三測量單元接收。

可選的，所述第三測量單元和第二分束板之間的第二光軸上還具有接力透鏡單元，所述接力透鏡單元包括第一接力透鏡和第二接力透鏡，第一接力透鏡與第二分束板的距離小于第二接力透鏡與第二分束板的距離，且第一接力透鏡和第二接力透鏡具有共同的焦點。