本發(fā)明涉及套刻測(cè)量領(lǐng)域，特備涉及一種基于衍射的套刻測(cè)量標(biāo)記、套刻測(cè)量方法和測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

隨著光刻圖形cd尺寸進(jìn)入22nm及以下工藝節(jié)點(diǎn)，特別是雙重曝光(doublepatterning)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)套刻(overlay)測(cè)量的精度要求已經(jīng)進(jìn)入亞納米領(lǐng)域。由于成像分辨率極限的限制，傳統(tǒng)的基于成像和圖像識(shí)別的套刻測(cè)量技術(shù)已逐漸不能滿足新的工藝節(jié)點(diǎn)對(duì)套刻測(cè)量的要求，基于衍射的套刻測(cè)量技術(shù)(dbo，diffraction-basedoverlay)正逐步成為套刻測(cè)量的一種重要的補(bǔ)充手段。

基于衍射的套刻測(cè)量技術(shù)起源于利用散射和衍射進(jìn)行光學(xué)criticaldimension測(cè)量的方法，通過(guò)直接測(cè)量套刻標(biāo)記的衍射光來(lái)確定套刻誤差，測(cè)量速度快，采樣面積小，同時(shí)基本消除了傳統(tǒng)測(cè)量方法的許多誤差項(xiàng)，如定位誤差、焦面誤差、像差因素和機(jī)械振動(dòng)等。

dbo主要分為兩大類，一類稱為基于模型的dbo技術(shù)，另一類稱為基于經(jīng)驗(yàn)的dbo技術(shù)，該類技術(shù)通過(guò)對(duì)套刻標(biāo)記的cd、側(cè)壁角(swa)、高度和套刻參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格建模，計(jì)算得到理論衍射光譜，將測(cè)量值與理論值進(jìn)行對(duì)比提取套刻參數(shù)。這類技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于原則上只要一個(gè)標(biāo)記便可測(cè)得一個(gè)方向的套刻值，因而標(biāo)記成本較低。

但是現(xiàn)有的基于衍射的套刻測(cè)量方法的精度仍有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問(wèn)題是怎樣提高套刻測(cè)量的精度。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于衍射的套刻測(cè)量標(biāo)記，包括：

基底；位于基底上的第一基準(zhǔn)光柵和第二基準(zhǔn)光柵，第二基準(zhǔn)光柵位于第一基準(zhǔn)光柵一側(cè)，第一基準(zhǔn)光柵和第二基準(zhǔn)光柵均包括若干沿第一方向依次分布且相互平行的條狀區(qū)和位于相鄰條狀區(qū)之間的凹陷區(qū)，條狀區(qū)向兩端的延伸方向?yàn)榈诙较?，第二方向與第一方向垂直；位于基底上的第三基準(zhǔn)光柵和第四基準(zhǔn)光柵，第四基準(zhǔn)光柵位于第三基準(zhǔn)光柵一側(cè)，且第三基準(zhǔn)光柵位于第一基準(zhǔn)光柵的條狀區(qū)向兩端的延伸方向上，第四基準(zhǔn)光柵位于第二基準(zhǔn)光柵的條狀區(qū)向兩端的延伸方向上，第三基準(zhǔn)光柵和第四基準(zhǔn)光柵與第一基準(zhǔn)光柵的結(jié)構(gòu)相同，且第三基準(zhǔn)光柵相對(duì)于第一基準(zhǔn)光柵在第一方向的正向上偏移第一偏移值，第四基準(zhǔn)光柵相對(duì)于第二基準(zhǔn)光柵在第一方向的負(fù)向上偏移第一偏移值；位于第一基準(zhǔn)光柵上方的第一比較光柵，所述第一比較光柵相對(duì)于第一基準(zhǔn)光柵在第一方向的正向上偏移第一偏移值；位于第二基準(zhǔn)光柵上方的第二比較光柵，所述第二比較光柵相對(duì)于第二基準(zhǔn)光柵在第一方向的負(fù)向上偏移第一偏移值；位于第三基準(zhǔn)光柵上方的第三比較光柵，所述第三比較光柵相對(duì)于第三基準(zhǔn)光柵在第一方向的負(fù)向上偏移第一偏移值；位于第四基準(zhǔn)光柵上方的第四比較光柵，所述第四比較光柵相對(duì)于第四基準(zhǔn)光柵在第一方向的正向上偏移第一偏移值；第一比較光柵、第二比較光柵、第三比較光柵和第四比較光柵的結(jié)構(gòu)與第一基準(zhǔn)光柵的結(jié)構(gòu)相同。

可選的，所述第一基準(zhǔn)光柵的條狀區(qū)的寬度為0.4～0.6微米，條狀區(qū)的數(shù)量為8～12，凹陷區(qū)的寬度為0.4～0.6微米。

可選的，所述第一偏移量小于凹陷區(qū)的寬度。

可選的，所述第三基準(zhǔn)光柵與第一基準(zhǔn)光柵之間的距離等于第四基準(zhǔn)光柵與第二基準(zhǔn)光柵之間的距離。

可選的，所述第三基準(zhǔn)光柵與第一基準(zhǔn)光柵之間的距離或者第四基準(zhǔn)光柵與第二基準(zhǔn)光柵之間的距離為5～10微米。

可選的，所述基底包括半導(dǎo)體襯底和位于半導(dǎo)體襯底表面上的介質(zhì)層，所述第一基準(zhǔn)光柵、第二基準(zhǔn)光柵、第三基準(zhǔn)光柵和第四基準(zhǔn)光柵位于半導(dǎo)體襯底表面，介質(zhì)層覆蓋所述第一基準(zhǔn)光柵、第二基準(zhǔn)光柵、第三基準(zhǔn)光柵和第四基準(zhǔn)光柵；所述第一比較光柵、第二比較光柵、第三比較光柵、第四比較光柵位于介質(zhì)層表面上。

可選的，所述第一比較光柵的頂部表面的高度等于第三比較光柵的頂部表面高度，所述第二比較光柵的頂部表面的高度等于第四比較光柵的頂部表面高度，且所述第二比較光柵的頂部表面的高度與第一比較光柵的頂部表面的高度不相同，所述第四比較光柵的頂部表面的高度與第三比較光柵的頂部表面的高度不相同。

可選的，所述第二比較光柵的頂部表面的高度大于或小于第一比較光柵的頂部表面的高度。

可選的，所述第四比較光柵的頂部表面的高度大于或小于第三比較光柵的頂部表面的高度。

本發(fā)明還提供了一種對(duì)上述的套刻標(biāo)記進(jìn)行套刻測(cè)量的方法，包括：

基底沿第一方向運(yùn)動(dòng)；

一束照射光依次對(duì)基底上的第一基準(zhǔn)光柵和第一比較光柵，以及第二基準(zhǔn)光柵和第二比較光柵進(jìn)行照明，另一束照射光同時(shí)依次對(duì)第三基準(zhǔn)光柵和第三比較光柵，以及第四基準(zhǔn)光柵和第四比較光柵進(jìn)行照明；各光柵在被照明時(shí)產(chǎn)生衍射光；

檢測(cè)套刻測(cè)量標(biāo)記產(chǎn)生的衍射光，分別獲得第一基準(zhǔn)光柵和第一比較光柵對(duì)應(yīng)的第一光強(qiáng)，第二基準(zhǔn)光柵和第二比較光柵對(duì)應(yīng)的第二光強(qiáng)，第三基準(zhǔn)光柵和第三比較光柵對(duì)應(yīng)的第三光強(qiáng)，第四基準(zhǔn)光柵和第四比較光柵對(duì)應(yīng)的第四光強(qiáng)；

基于第一光強(qiáng)、第二光強(qiáng)、第三光強(qiáng)、第四光強(qiáng)獲得套刻精度。

可選的，所述套刻精度的獲得方式為：

其中，ov表示第一方向的套刻精度，d表示第一偏移值，a1表示第一光強(qiáng)，a2表示第二光強(qiáng)，a3表示第三光強(qiáng)，a4表示第四光強(qiáng)。

本發(fā)明還提供了一種用于上述套刻標(biāo)記進(jìn)行測(cè)量的套刻測(cè)量裝置，包括：

載臺(tái)，用于裝載形成有套刻測(cè)量標(biāo)記的基底，并使基底在檢測(cè)位置沿第一方向運(yùn)動(dòng)；

照射單元，用于發(fā)出兩束對(duì)稱的照射光，在基底沿第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，其中一束照射光依次對(duì)基底上的第一基準(zhǔn)光柵和第一比較光柵，以及第二基準(zhǔn)光柵和第二比較光柵進(jìn)行照明，另一束照射光同時(shí)依次對(duì)第三基準(zhǔn)光柵和第三比較光柵，以及第四基準(zhǔn)光柵和第四比較光柵進(jìn)行照明；各光柵在被照明時(shí)產(chǎn)生衍射光；

第一成像單元，用于接收第一基準(zhǔn)光柵和第一比較光柵產(chǎn)生的衍射光獲得第一光強(qiáng)，接收第二基準(zhǔn)光柵和第二比較光柵產(chǎn)生的衍射光獲得第二光強(qiáng)，接收第三基準(zhǔn)光柵和第三比較光柵產(chǎn)生的衍射光獲得第三光強(qiáng)，接收第四基準(zhǔn)光柵和第四比較光柵產(chǎn)生的衍射光獲得第四光強(qiáng)；

控制單元，基于第一光強(qiáng)、第二光強(qiáng)、第三光強(qiáng)和第四光強(qiáng)獲得套刻精度。

可選的，所述照射單元包括激光源和分光單元，所述激光源用于產(chǎn)生激光束，所述分光單元用于將激光束分為兩束平行的照射光并使兩束照射光向檢測(cè)位置傳輸。

可選的，所述分光單元包括相互平行的第一分束鏡和第二分束鏡，部分激光束經(jīng)第一分束鏡的反射形成一束照射光，并向檢測(cè)位置傳輸，部分激光束穿過(guò)第一分束鏡向第二分束鏡傳輸，經(jīng)第二分束鏡反射，形成另一束照射光，并向檢測(cè)位置傳輸。

可選的，還包括：第一調(diào)節(jié)單元，用于調(diào)節(jié)第一分束鏡與第二分束鏡之間的距離，從而調(diào)節(jié)兩束照射光之間的距離。

可選的，所述分光單元包括第一凹鏡和第一凸鏡，第一凹鏡包括平坦的第一表面和與第一表面相對(duì)并且向第一表面方向凹陷的第二表面，所述第一凸鏡包括平坦的第三表面和與第三表面相對(duì)并且向第三表面相反的方向凸起的第四表面，第一凹鏡和第一凸鏡相互分開，并且第一凹鏡的第二表面與第一凸鏡第四表面正對(duì)，第二表面的凹陷的與第四表面的凸起的能相互吻合，激光束從第一凹鏡的第一表面入射，經(jīng)過(guò)第一凹鏡的第二表面、第一凸鏡的第四表面，在第一凸鏡的第三表面上形成平行的兩束光。

可選的，還包括：第二調(diào)節(jié)單元，用于調(diào)節(jié)第一凹鏡和第一凸鏡之間的距離，從而調(diào)節(jié)兩束照射光之間的距離。

可選的，還包括：檢測(cè)單元，用于檢測(cè)兩平行照射光的光強(qiáng)和距離，并將檢測(cè)到的光強(qiáng)和距離發(fā)送給控制單元。

可選的，所述檢測(cè)單元包括第二成像單元、第三分束鏡和第四分束鏡，第三分束鏡和第四分束鏡分別置于兩束平行的照射光向檢測(cè)位置傳輸?shù)墓饴飞希瑑墒叫械恼丈涔庀鄳?yīng)的分別在第三分束鏡和第四分束鏡的表面反射形成兩束平行的反射光，平行的反射光被第二成像單元接收，獲得兩束的平行的反射光對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)和兩束平行反射光之間的距離。

可選的，還包括，傳輸透鏡，所述傳輸透鏡位于檢測(cè)位置與第一成像單元之間，用于將套刻測(cè)量標(biāo)記產(chǎn)生的衍射光傳輸?shù)降谝怀上駟卧?/p>

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的套刻標(biāo)記具有四個(gè)基準(zhǔn)光柵和位于四個(gè)基準(zhǔn)光柵上的四個(gè)比較光柵，第二基準(zhǔn)光柵位于第一基準(zhǔn)光柵一側(cè)，第四基準(zhǔn)光柵位于第三基準(zhǔn)光柵一側(cè)，且第三基準(zhǔn)光柵位于第一基準(zhǔn)光柵的條狀區(qū)向兩端的延伸方向上，第四基準(zhǔn)光柵位于第二基準(zhǔn)光柵的條狀區(qū)向兩端的延伸方向上，第三基準(zhǔn)光柵和第四基準(zhǔn)光柵與第一基準(zhǔn)光柵的結(jié)構(gòu)相同，且第三基準(zhǔn)光柵相對(duì)于第一基準(zhǔn)光柵在第一方向的正向上偏移第一偏移值，第四基準(zhǔn)光柵相對(duì)于第二基準(zhǔn)光柵在第一方向的負(fù)向上偏移第一偏移值；位于第一基準(zhǔn)光柵上方的第一比較光柵，所述第一比較光柵相對(duì)于第一基準(zhǔn)光柵在第一方向的正向上偏移第一偏移值；位于第二基準(zhǔn)光柵上方的第二比較光柵，所述第二比較光柵相對(duì)于第二基準(zhǔn)光柵在第一方向的負(fù)向上偏移第一偏移值；位于第三基準(zhǔn)光柵上方的第三比較光柵，所述第三比較光柵相對(duì)于第三基準(zhǔn)光柵在第一方向的負(fù)向上偏移第一偏移值；位于第四基準(zhǔn)光柵上方的第四比較光柵，所述第四比較光柵相對(duì)于第四基準(zhǔn)光柵在第一方向的正向上偏移第一偏移值，在進(jìn)行套刻精度的計(jì)算時(shí)，本發(fā)明的套刻測(cè)量精度只與測(cè)量第一基準(zhǔn)光柵和第一比較光柵的衍射光獲得的第一光強(qiáng)，測(cè)量第二基準(zhǔn)光柵和第二比較光柵的衍射光獲得的第二光強(qiáng)，測(cè)量第三基準(zhǔn)光柵和第三比較光柵的衍射光獲得的第三光強(qiáng)，測(cè)量第四基準(zhǔn)光柵和第四比較光柵的衍射光獲得的第一光強(qiáng)，以及第一偏移值有關(guān)，因而排除了介質(zhì)層厚度或者形成比較柵極的材料在第一方向上的不同的兩個(gè)位置的厚度差異對(duì)套刻測(cè)量精度的影響，因而提高了套刻測(cè)量的精度。

本發(fā)明的套刻測(cè)量方法，一束照射光依次對(duì)基底上的第一基準(zhǔn)光柵和第一比較光柵，以及第二基準(zhǔn)光柵和第二比較光柵進(jìn)行照明，另一束照射光同時(shí)依次對(duì)第三基準(zhǔn)光柵和第三比較光柵，以及第四基準(zhǔn)光柵和第四比較光柵進(jìn)行照明；檢測(cè)套刻測(cè)量標(biāo)記產(chǎn)生的衍射光，分別獲得第一基準(zhǔn)光柵和第一比較光柵對(duì)應(yīng)的第一光強(qiáng)，第二基準(zhǔn)光柵和第二比較光柵對(duì)應(yīng)的第二光強(qiáng)，第三基準(zhǔn)光柵和第三比較光柵對(duì)應(yīng)的第三光強(qiáng)，第四基準(zhǔn)光柵和第四比較光柵對(duì)應(yīng)的第四光強(qiáng)；基于第一光強(qiáng)、第二光強(qiáng)、第三光強(qiáng)、第四光強(qiáng)獲得套刻精度。兩束照射光能同時(shí)對(duì)不同的光柵進(jìn)行照射，相應(yīng)的光柵產(chǎn)生衍射光，并檢測(cè)相應(yīng)的衍射光獲得對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)，提高了套刻測(cè)量的效率和精度。

本發(fā)明的套刻測(cè)量裝置在進(jìn)行套刻精度的檢測(cè)時(shí)，照射單元產(chǎn)生的一束照射光和其平行的另一束照射光可以同時(shí)對(duì)套刻標(biāo)記中的兩排平行的光柵同時(shí)進(jìn)行照明，第一成像單元可以感應(yīng)光柵產(chǎn)生的衍射光獲得光強(qiáng)，因而提高了套刻測(cè)量的效率。

附圖說(shuō)明

圖1～圖3為本發(fā)明實(shí)施例基于衍射的套刻測(cè)量標(biāo)記的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例套刻測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5～圖6為圖4中的分光單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如背景技術(shù)所言，現(xiàn)有的基于衍射的套刻測(cè)量方法的精度仍有待提高。

研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的套刻標(biāo)記包括位于下層的兩個(gè)基準(zhǔn)光柵和位于上層對(duì)應(yīng)的兩個(gè)比較光柵，在實(shí)際的半導(dǎo)體制作工藝中，由于工藝的限制，下層基準(zhǔn)光柵上形成的介質(zhì)層不同位置的厚度存在差異或者用于形成上層兩個(gè)比較光柵的光刻膠層在不同位置的厚度也存在差異，因而形成上層的兩個(gè)比較光柵的頂部高度會(huì)不相同，在進(jìn)行套刻標(biāo)記檢測(cè)時(shí)，不同高度的比較光柵對(duì)應(yīng)獲得的光強(qiáng)是不同的，使得套刻的測(cè)量精度會(huì)受到影響。

本發(fā)明的基于衍射的套刻測(cè)量標(biāo)記、套刻測(cè)量方法和測(cè)量裝置，能克服介質(zhì)層不同位置的厚度存在差異或者用于形成光柵的材料差異帶來(lái)套刻精度偏差，提高了套刻測(cè)量的精度。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，示意圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。

圖1～圖3為本發(fā)明實(shí)施例基于衍射的套刻測(cè)量標(biāo)記的結(jié)構(gòu)示意圖，請(qǐng)參考圖1和圖2，所述基于衍射的套刻測(cè)量標(biāo)記包括：

基底(圖中未示出)；

位于基底上的第一基準(zhǔn)光柵101和第二基準(zhǔn)光柵102，第二基準(zhǔn)光柵102位于第一基準(zhǔn)光柵101一側(cè)，第一基準(zhǔn)光柵101和第二基準(zhǔn)光柵102均包括若干沿第一方向依次分布且相互平行的條狀區(qū)和位于相鄰條狀區(qū)之間的凹陷區(qū)，條狀區(qū)向兩端的延伸方向?yàn)榈诙较?，第二方向與第一方向垂直；

位于基底上的第三基準(zhǔn)光柵103和第四基準(zhǔn)光柵104，第四基準(zhǔn)光柵104位于第三基準(zhǔn)光柵103一側(cè)，且第三基準(zhǔn)光柵103位于第一基準(zhǔn)光柵101的條狀區(qū)向兩端的延伸方向上，第四基準(zhǔn)光柵104位于第二基準(zhǔn)光柵102的條狀區(qū)向兩端的延伸方向上，第三基準(zhǔn)光柵103和第四基準(zhǔn)光柵104與第一基準(zhǔn)光柵101的結(jié)構(gòu)相同，且第三基準(zhǔn)光柵103相對(duì)于第一基準(zhǔn)光柵在第一方向的正向上偏移第一偏移值d，第四基準(zhǔn)光柵104相對(duì)于第二基準(zhǔn)光柵102在第一方向的負(fù)向上偏移第一偏移值d；

位于第一基準(zhǔn)光柵101上方的第一比較光柵201，所述第一比較光柵201相對(duì)于第一基準(zhǔn)光柵101在第一方向的正向上偏移第一偏移值d；

位于第二基準(zhǔn)光柵102上方的第二比較光柵202，所述第二比較光柵202相對(duì)于第二基準(zhǔn)光柵102在第一方向的負(fù)向上偏移第一偏移值d；

位于第三基準(zhǔn)光柵103上方的第三比較光柵203，所述第三比較光柵203相對(duì)于第三基準(zhǔn)光柵103在第一方向的負(fù)向上偏移第一偏移值d；

位于第四基準(zhǔn)光柵104上方的第四比較光柵204，所述第四比較光柵204相對(duì)于第四基準(zhǔn)光柵104在第一方向的正向上偏移第一偏移值d；

第二基準(zhǔn)光柵102、第一比較光柵201、第二比較光柵202、第三比較光柵203和第四比較光柵204的結(jié)構(gòu)與第一基準(zhǔn)光柵101的結(jié)構(gòu)相同。

需要說(shuō)明的是，所述第一方向是指從第一基準(zhǔn)光柵101的中心與第二基準(zhǔn)光柵102的中心連線所在的方向，并且從第一基準(zhǔn)光柵101的中心指向第二基準(zhǔn)光柵102的中心的方向?yàn)榈谝环较虻恼?，從第二基?zhǔn)光柵102的中心指向第一基準(zhǔn)光柵101的中心的方向?yàn)榈谝环较虻呢?fù)向。

第二基準(zhǔn)光柵102、第三基準(zhǔn)光柵103、第四基準(zhǔn)光柵104、第一比較光柵201、第二比較光柵202、第三比較光柵203和第四比較光柵204的結(jié)構(gòu)與第一基準(zhǔn)光柵101的結(jié)構(gòu)相同，需要說(shuō)明是結(jié)構(gòu)相同是指第二基準(zhǔn)光柵102、第三基準(zhǔn)光柵103、第四基準(zhǔn)光柵104、第一比較光柵201、第二比較光柵202、第三比較光柵203和第四比較光柵204的條狀區(qū)和凹陷區(qū)的分布方向和延伸方向、條狀區(qū)的數(shù)量和寬度以及間距與第一基準(zhǔn)光柵101的條狀區(qū)和凹陷區(qū)的分布方向和延伸方向、條狀區(qū)的數(shù)量和寬度均相同。

所述形成基于衍射的套刻測(cè)量標(biāo)記用于測(cè)量第一方向的套刻精度，本實(shí)施例中，請(qǐng)請(qǐng)參考圖1和圖2，以x軸作為第一方向，x軸的正方向作為第一方向的正向，x軸的負(fù)方向作為第一方向的負(fù)向，所述套刻測(cè)量標(biāo)記用于測(cè)量x軸方向的套刻精度。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，請(qǐng)參考圖3，以可以以y軸作為第一方向，y軸的正方向作為第一方向的正向，y軸的負(fù)方向作為第一方向的負(fù)向，所述套刻測(cè)量標(biāo)記用于測(cè)量y軸方向的套刻精度。

請(qǐng)繼續(xù)參考圖1和圖2，第一基準(zhǔn)光柵101包括若干沿第一方向(本實(shí)施例為x軸方向)依次分布且相互平行的條狀區(qū)101a和位于相鄰條狀區(qū)101a之間的凹陷區(qū)101b，條狀區(qū)101a向兩端的延伸方向?yàn)榈诙较?本實(shí)施例為y軸方向)，第二方向(本實(shí)施例為y軸方向)與第一方向(本實(shí)施例為x軸方向)垂直。

在一實(shí)施例中，所述第一基準(zhǔn)光柵101的條狀區(qū)101a的寬度為0.4～0.6微米，條狀區(qū)的數(shù)量為8～12，凹陷區(qū)101b的寬度為0.4～0.6微米，以方便套刻測(cè)量的進(jìn)行，提高套刻測(cè)量的精度。

所述第一偏移量d小于凹陷區(qū)101b的寬度。

所述第三基準(zhǔn)光柵103與第一基準(zhǔn)光柵101之間的距離s等于第四基準(zhǔn)光柵104與第二基準(zhǔn)光柵102之間的距離。

研究發(fā)現(xiàn)，所述第三基準(zhǔn)光柵103與第一基準(zhǔn)光柵101之間的距離或者第四基準(zhǔn)光柵104與第二基準(zhǔn)光柵102之間的距離不能太大，在集成電路的制作工藝中，以使得第三基準(zhǔn)光柵103與第一基準(zhǔn)光柵101上方的介質(zhì)層厚度或者光刻膠層的厚度差異較小(根據(jù)介質(zhì)層和光刻膠層形成工藝特性，一般相鄰的兩個(gè)點(diǎn)之間的厚度差異很小)，相應(yīng)的第三基準(zhǔn)光柵103與第一基準(zhǔn)光柵101上形成的第三比較光柵203和第一比較光柵201的頂部表面高度相等或差異很小，在進(jìn)行第一方向的套刻精度的計(jì)算時(shí)，使得第三基準(zhǔn)光柵103和第三比較光柵203對(duì)應(yīng)的與厚度相關(guān)的系數(shù)k1等于第一基準(zhǔn)光柵101和第一比較光柵201對(duì)應(yīng)的與厚度相關(guān)的系數(shù)k1，同理，使得第四基準(zhǔn)光柵104和第四比較光柵204對(duì)應(yīng)的與厚度相關(guān)的系數(shù)k2等于第二基準(zhǔn)光柵102和第二比較光柵202對(duì)應(yīng)的與厚度相關(guān)的系數(shù)k2，并且所述第三基準(zhǔn)光柵103與第一基準(zhǔn)光柵101之間的距離或者第四基準(zhǔn)光柵104與第二基準(zhǔn)光柵102之間的距離容易增加測(cè)量的難度和測(cè)量裝置設(shè)計(jì)難度；所述第三基準(zhǔn)光柵103與第一基準(zhǔn)光柵101之間的距離或者第四基準(zhǔn)光柵104與第二基準(zhǔn)光柵102之間的距離不能太小，太小的話相鄰的基準(zhǔn)光柵之間容易產(chǎn)生干擾。

在一實(shí)施例中，所述第三基準(zhǔn)光柵103與第一基準(zhǔn)光柵101之間的距離或者第四基準(zhǔn)光柵104與第二基準(zhǔn)光柵102之間的距離為5～10微米。

參考圖2，所述基底包括半導(dǎo)體襯底100和位于半導(dǎo)體襯底100表面上的介質(zhì)層110，所述第一基準(zhǔn)光柵101、第二基準(zhǔn)光柵102、第三基準(zhǔn)光柵(圖中未示出)和第四基準(zhǔn)光柵(圖中未示出)位于半導(dǎo)體襯底100表面，介質(zhì)層110覆蓋所述第一基準(zhǔn)光柵101、第二基準(zhǔn)光柵102、第三基準(zhǔn)光柵和第四基準(zhǔn)光柵；所述第一比較光柵201、第二比較光柵202、第三比較光柵(圖中未示出)、第四比較光柵(圖中未示出)位于介質(zhì)層110表面上。

在一實(shí)施例中，所述第一比較光柵201的頂部表面的高度等于第三比較光柵的頂部表面高度，所述第二比較光柵202的頂部表面的高度等于第四比較光柵的頂部表面高度，且所述第二比較光柵202的頂部表面的高度與第一比較光柵201的頂部表面的高度不相同，所述第四比較光柵的頂部表面的高度與第三比較光柵的頂部表面的高度不相同。

所述第二比較光柵202的頂部表面的高度大于或小于第一比較光柵201的頂部表面的高度，所述第四比較光柵的頂部表面的高度大于或小于第三比較光柵的頂部表面的高度。本實(shí)施中，所述第二比較光柵202的頂部表面的高度(高度指第二比較光柵202的頂部表面與基底表面的垂直距離)大于第一比較光柵201的頂部表面的高度(高度指第一比較光柵201的頂部表面與基底表面的垂直距離)，第四比較光柵的頂部表面的高度大于第三比較光柵的頂部表面的高度，高度不同是由于形成第二比較光柵202(第四比較光柵)和第一比較光柵201(第二比較光柵)的材料(比如光刻膠等)的厚度不同造成兩者的高度不同。在其他實(shí)施例中，第二比較光柵202和第一比較光柵201的高度不同是由底部介質(zhì)層110表面的厚度不均勻造成的。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，第二比較光柵的頂部表面的高度與第一比較光柵的頂部表面的高度也可以相同，所述第四比較光柵的頂部表面的高度與第三比較光柵的頂部表面的高度也可以相同，因而本發(fā)明的套刻測(cè)量標(biāo)記也可以應(yīng)用在厚度不存在差異時(shí)的套刻精度測(cè)量。

上述套刻標(biāo)記獲得套刻精度原理為：

a1＝k1(ov-d)；a2＝k2(ov+d)；a3＝k1(ov+d)；a4＝k2(ov-d)；

其中ov表示第一方向的套刻精度，a1表示測(cè)量的第一基準(zhǔn)光柵101和第一比較光柵201的衍射光獲得的第一光強(qiáng)，a2表示測(cè)量的第二基準(zhǔn)光柵102和第二比較光柵202的衍射光獲得的第二光強(qiáng)，a3表示測(cè)量的第三基準(zhǔn)光柵103和第三比較光柵203的衍射光獲得的第三光強(qiáng)，a4表示測(cè)量的第四基準(zhǔn)光柵104和第四比較光柵204的衍射光獲得的第一光強(qiáng)，d表示第一偏移值，k1表示與厚度相關(guān)的系數(shù)，k2表示與厚度相關(guān)的系數(shù)。

上述公式中，+d或者-d與本發(fā)明前述描述的套刻測(cè)量標(biāo)記的結(jié)構(gòu)相關(guān)，具體為一個(gè)光柵相對(duì)于另一個(gè)光柵的偏移方向和偏移量，計(jì)算a1和a3時(shí)均采用k1，表示第一比較光柵201和第二比較光柵202的高度相同，計(jì)算a2和a4時(shí)均采用k2，表示第二比較光柵202和第四比較光柵204的高度相同，k1和k2表示第一比較光柵201(或第二比較光柵202)與第二比較光柵202(或第四比較光柵204)的高度存在差異。

上述公式中，a1、a2、a3、a4通過(guò)套刻測(cè)量裝置測(cè)量獲得，為已知數(shù)，d為預(yù)設(shè)的偏移量也未已知數(shù)，ov，k1，k2均為未知數(shù)。

對(duì)上述四個(gè)公式進(jìn)行變換，得到：

繼續(xù)上述兩個(gè)公式進(jìn)行變化得到：

將定義為a^*，即

進(jìn)一步得到：

由于a1、a2、a3、a4和d都是已知量，未知的k1，k2不會(huì)影響套刻精度測(cè)量結(jié)果，因而可以獲得第一方向的偏移值ov，因而在介質(zhì)層厚度或者形成比較柵極的材料在第一方向上的不同的兩個(gè)位置的厚度不同時(shí)，本發(fā)明的套刻測(cè)量標(biāo)記仍能精確的得到套刻精度測(cè)量值。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種對(duì)上述套刻標(biāo)記進(jìn)行套刻測(cè)量的方法，包括：

基底沿第一方向運(yùn)動(dòng)；

一束照射光依次對(duì)基底上的第一基準(zhǔn)光柵和第一比較光柵，以及第二基準(zhǔn)光柵和第二比較光柵進(jìn)行照明，另一束照射光同時(shí)依次對(duì)第三基準(zhǔn)光柵和第三比較光柵，以及第四基準(zhǔn)光柵和第四比較光柵進(jìn)行照明；各光柵在被照明時(shí)產(chǎn)生衍射光；

檢測(cè)套刻測(cè)量標(biāo)記產(chǎn)生的衍射光，分別獲得第一基準(zhǔn)光柵和第一比較光柵對(duì)應(yīng)的第一光強(qiáng)，第二基準(zhǔn)光柵和第二比較光柵對(duì)應(yīng)的第二光強(qiáng)，第三基準(zhǔn)光柵和第三比較光柵對(duì)應(yīng)的第三光強(qiáng)，第四基準(zhǔn)光柵和第四比較光柵對(duì)應(yīng)的第四光強(qiáng)；

基于第一光強(qiáng)、第二光強(qiáng)、第三光強(qiáng)、第四光強(qiáng)獲得套刻精度。

所述套刻精度的獲得方式為：

其中，ov表示第一方向的套刻精度，d表示第一偏移值，a1表示第一光強(qiáng)，a2表示第二光強(qiáng)，a3表示第三光強(qiáng)，a4表示第四光強(qiáng)。

本發(fā)明實(shí)施例還包括一種用于測(cè)量上述的套刻標(biāo)記的套刻測(cè)量裝置，請(qǐng)參考圖4，包括：

載臺(tái)，用于裝載形成有套刻測(cè)量標(biāo)記的基底300，并使基底在檢測(cè)位置沿第一方向運(yùn)動(dòng)；

照射單元310，用于發(fā)出兩束對(duì)稱的照射光，在基底沿第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，其中一束照射光依次對(duì)基底上的第一基準(zhǔn)光柵和第一比較光柵，以及第二基準(zhǔn)光柵和第二比較光柵進(jìn)行照明，另一束照射光同時(shí)依次對(duì)第三基準(zhǔn)光柵和第三比較光柵，以及第四基準(zhǔn)光柵和第四比較光柵進(jìn)行照明；各光柵在被照明時(shí)產(chǎn)生衍射光；

第一成像單元309，用于接收第一基準(zhǔn)光柵和第一比較光柵產(chǎn)生的衍射光獲得第一光強(qiáng)，接收第二基準(zhǔn)光柵和第二比較光柵產(chǎn)生的衍射光獲得第二光強(qiáng)，接收第三基準(zhǔn)光柵和第三比較光柵產(chǎn)生的衍射光獲得第三光強(qiáng)，接收第四基準(zhǔn)光柵和第四比較光柵產(chǎn)生的衍射光獲得第四光強(qiáng)；

控制單元(圖中未示出)，基于第一光強(qiáng)、第二光強(qiáng)、第三光強(qiáng)和第四光強(qiáng)獲得套刻精度。

本實(shí)施中，所述第一方向?yàn)閤軸方向，結(jié)合參考圖1和圖4，本發(fā)明的套刻測(cè)量裝置進(jìn)行套刻檢測(cè)的過(guò)程為：圖1所示的套刻標(biāo)記形成在基底300上，然后將基底300傳送到套刻測(cè)量裝置的載臺(tái)上，進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)后，載臺(tái)置于檢測(cè)位置，接著載臺(tái)沿第一方向(x軸正方向)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)照射單元310發(fā)出的一束照射光13依次對(duì)基底300上的第一基準(zhǔn)光柵101和第一比較光柵201，以及第二基準(zhǔn)光柵102和第二比較光柵202進(jìn)行照明，第一基準(zhǔn)光柵101和第一比較光柵201被照射時(shí)產(chǎn)生衍射光，第二基準(zhǔn)光柵102和第二比較光柵202產(chǎn)生衍射光，同時(shí)與照射光13平行的另一束照射光12依次對(duì)第三基準(zhǔn)光柵103和第三比較光柵203，以及第四基準(zhǔn)光柵104和第四比較光柵204進(jìn)行照明，第三基準(zhǔn)光柵103和第三比較光柵203被照射時(shí)產(chǎn)生衍射光，第四基準(zhǔn)光柵104和第四比較光柵204被照射時(shí)產(chǎn)生衍射光；第一成像單元309，接收第一基準(zhǔn)光柵101和第一比較光柵201產(chǎn)生的衍射光獲得第一光強(qiáng)，接收第二基準(zhǔn)光柵102和第二比較光柵202產(chǎn)生的衍射光獲得第二光強(qiáng)，接收第三基準(zhǔn)光柵103和第三比較光柵203產(chǎn)生的衍射光獲得第三光強(qiáng)，接收第四基準(zhǔn)光柵104和第四比較光柵204產(chǎn)生的衍射光獲得第四光強(qiáng)；控制單元(圖中未示出)接收第一成像單元309檢測(cè)的第一光強(qiáng)、第二光強(qiáng)、第三光強(qiáng)和第四光強(qiáng)，基于第一光強(qiáng)、第二光強(qiáng)、第三光強(qiáng)和第四光強(qiáng)獲得套刻精度。本發(fā)明的套刻測(cè)量裝置在進(jìn)行套刻精度的檢測(cè)時(shí)，照射光13和其平行的另一束照射光12可以同時(shí)對(duì)套刻標(biāo)記中的兩排平行的光柵同時(shí)進(jìn)行照明，第一成像單元309可以感應(yīng)光柵產(chǎn)生的衍射光獲得光強(qiáng)，因而提高了套刻測(cè)量的效率。

所述控制單元根據(jù)公式獲得套刻測(cè)量精度；其中，ov表示第一方向的套刻精度，d表示第一偏移值，a1表示第一光強(qiáng)，a2表示第二光強(qiáng)，a3表示第三光強(qiáng)，a4表示第四光強(qiáng)。

所述照射單元310包括激光源301和分光單元302，所述激光源301用于產(chǎn)生激光束11，所述分光單元302用于將激光束11分為兩束平行的照射光(照射光12和照射光13)并使兩束照射光向檢測(cè)位置傳輸。所述檢測(cè)位置為在進(jìn)行套刻標(biāo)記的檢測(cè)時(shí)，載臺(tái)需要運(yùn)行到的照射光可以對(duì)基底上的套刻標(biāo)記進(jìn)行照明的目標(biāo)位置，或者所述檢測(cè)位置為套刻測(cè)量裝置的光學(xué)系統(tǒng)的在載臺(tái)上的基底300所在的平面上的聚焦位置。

在一實(shí)施例中，請(qǐng)參考圖5，所述分光單元302包括相互平行的第一分束鏡302c和第二分束鏡302d，部分激光束11經(jīng)第一分束鏡302c的反射形成一束照射光12，并向檢測(cè)位置傳輸，部分激光束穿過(guò)第一分束鏡302c向第二分束鏡302d傳輸，經(jīng)第二分束鏡302d反射，形成另一束照射光13，并向檢測(cè)位置傳輸。

還包括：第一調(diào)節(jié)單元，用于調(diào)節(jié)第一分束鏡302c與第二分束鏡302d之間的距離，從而調(diào)節(jié)兩束照射光(12,13)之間的距離，使得兩束照射光之間的距離與第一基準(zhǔn)光柵101的中心與第三基準(zhǔn)光柵103中心之間的距離相當(dāng)，從而照射光12和照射光13可以精準(zhǔn)的同時(shí)對(duì)套刻測(cè)量標(biāo)記中的另行平行的光柵進(jìn)行照明，以提高套刻測(cè)量的精度和效率。

在另一實(shí)施例中，請(qǐng)參考圖6，所述分光單元302包括第一凹鏡302a和第一凸鏡302b，第一凹鏡302a包括平坦的第一表面21和與第一表面21相對(duì)并且向第一表面21方向凹陷的第二表面22，所述第一凸鏡302b包括平坦的第三表面23和與第三表面23相對(duì)并且向第三表面相反的方向凸起的第四表面24，第一凹鏡302a和第一凸鏡302b相互分開，并且第一凹鏡302a的第二表面22與第一凸鏡302b第四表面24正對(duì)，第二表面22的凹陷的與第四表面24的凸起的能相互吻合，激光束11從第一凹鏡302a的第一表面21入射，經(jīng)過(guò)第一凹鏡302a的第二表面22、第一凸鏡302b的第四表面24，在第一凸鏡302的第三表面23上形成平行的兩束光(12,13)。

所述第二表面22的凹陷的剖面圖形為軸對(duì)稱圖形，第四表面24的凸起的剖面圖形為軸對(duì)稱圖形，且兩者的剖面形狀的圖形相同，參考圖5，本實(shí)施例中，第二表面22的凹陷的剖面圖形和第四表面24的凸起的剖面圖形為“λ”型。在其他實(shí)施例中，所述第二表面22的凹陷的剖面圖形和第四表面24的凸起的剖面圖形可以為對(duì)稱的圓弧形。

所述激光束11沿垂直于第一凹鏡302a的第一表面21的方向入射，穿過(guò)第一凹鏡302a，在第一凹鏡302a的凹陷的第二表面22上發(fā)生折射，分成與入射方向存在一定夾角的兩束中間光束，兩束中間光束在第一凸鏡302b的凸起第四表面24上再次產(chǎn)生折射，形成平行的光束12和另一光束13，光束12和另一光束13穿過(guò)第一凸鏡302b的第三表面23向檢測(cè)位置的方向傳輸。

在一實(shí)施例中，當(dāng)激光源產(chǎn)生的激光束不是垂直于第一凸鏡302b的第一表面21的方向入射時(shí)，可以在激光束的傳輸路徑上設(shè)置一反射鏡或一分束鏡改變激光束的傳輸方向，使得改變方向后的激光束沿垂直于第一凸鏡302b的第一表面21的方向入射。

還包括：第二調(diào)節(jié)單元(圖中未示出)，用于調(diào)節(jié)第一凹鏡302a和第一凸鏡302b之間的距離，從而調(diào)節(jié)兩束照射光(12,13)之間的距離。

請(qǐng)繼續(xù)參考圖4，所述套刻測(cè)量裝置，還包括：檢測(cè)單元306，用于檢測(cè)兩平行照射光(12,13)的光強(qiáng)和距離，并將檢測(cè)到的光強(qiáng)和距離發(fā)送給控制單元。

所述控制單元根據(jù)檢測(cè)到的照射光12對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)以及另一束照射光13對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)，判斷照射光12的光強(qiáng)和另一束照射光13的光強(qiáng)是否存在差異，若存在差異，則在進(jìn)行套刻精度的測(cè)量時(shí)，在計(jì)算公式中加入校準(zhǔn)因子，以提高套刻測(cè)量精度的準(zhǔn)確性。

所述控制單元根據(jù)檢測(cè)到的照射光12和另一束照射光13之間的距離，判斷該檢測(cè)到的距離與預(yù)設(shè)的距離是否存在差異，若存在差異，則控制單元向第一調(diào)節(jié)單元或第二調(diào)節(jié)單元發(fā)送調(diào)節(jié)指令，第一調(diào)節(jié)單元根據(jù)調(diào)節(jié)指令對(duì)第一分束鏡302c(參考圖5)和第二分束鏡302d(參考圖5)之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至第一分束鏡302c(參考圖5)和第二分束鏡302d(參考圖5)之間的距離達(dá)到預(yù)設(shè)的距離，第二調(diào)節(jié)單元根據(jù)調(diào)節(jié)指令對(duì)第一凹鏡302a(參考圖6)和第一凸鏡302b(參考圖6)之間距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至第一凹鏡302a(參考圖6)和第一凸鏡302b(參考圖6)之間距離達(dá)到預(yù)設(shè)的距離。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可以通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)第一分束鏡302c(參考圖5)和第二分束鏡302d(參考圖5)之間的距離，或者第一分束鏡302c(參考圖5)和第二分束鏡302d(參考圖5)之間的距離。

所述檢測(cè)單元306包括第二成像單元304、第三分束鏡305a和第四分束鏡305b，第三分束鏡305a和第四分束鏡305b分別置于兩束平行的照射光(12，13)向檢測(cè)位置傳輸?shù)墓饴飞?本實(shí)施例中所述第三分束鏡305a置于照射光12向檢測(cè)位置傳輸?shù)墓饴飞?，第四分束鏡305b置于另一光束13向檢測(cè)位置傳輸?shù)墓饴?，兩束平行的照射光(12，13)相應(yīng)的分別在第三分束鏡305a和第四分束鏡305b的表面反射形成兩束平行的反射光，平行的反射光被第二成像單元304接收，獲得兩束的平行的反射光對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)和兩束平行反射光之間的距離。

還包括，傳輸透鏡311，所述傳輸透鏡311位于檢測(cè)位置與第一成像單元309之間，用于將基底300上套刻測(cè)量標(biāo)記產(chǎn)生的衍射光傳輸?shù)降谝怀上駟卧?09。所述第一成像單元309和第二成像單元304中包括陣列排布的若干光電傳感器。

在一實(shí)施例中，所述傳輸透鏡311至少包括第一透鏡單元308和第二透鏡單元307，所述第一透鏡單元308適于將套刻測(cè)量標(biāo)記產(chǎn)生的衍射光14轉(zhuǎn)化為平行光，并使平行光向第二透鏡單元307的方向傳輸，第二透鏡單元307在接收到平行光時(shí)將該平行光匯聚到第一成像單元309。

兩束平行的照射光(12，13)對(duì)稱的分布在傳輸透鏡311的光軸兩側(cè)，所述光軸為經(jīng)過(guò)第一透鏡單元308的中心點(diǎn)以及第二透鏡單元307的中心點(diǎn)的直線，或者所述光軸為經(jīng)過(guò)第一透鏡單元308的中心點(diǎn)且垂直于位于檢測(cè)位置的基底300表面的直線。

兩束平行的照射光(12，13)在經(jīng)過(guò)第一透鏡單元308匯聚后，一束照射光依次對(duì)基底上的第一基準(zhǔn)光柵和第一比較光柵，以及第二基準(zhǔn)光柵和第二比較光柵進(jìn)行照明，另一束照射光同時(shí)依次對(duì)第三基準(zhǔn)光柵和第三比較光柵，以及第四基準(zhǔn)光柵和第四比較光柵進(jìn)行照明。

所述分光單元302、第三分束鏡305a和第四分束鏡305b位于第一透鏡單元308和第二透鏡單元307之間的傳輸光路上，激光源301和第二成像單元304位于第一透鏡單元308和第二透鏡單元307之間的傳輸光路之外。

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