[发明专利]一种散射计量的装置和测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种散射计量的装置、测量方法及对光谱线漂移测校的方法。

背景技术

散射计量提供了一种非接触式、无损伤、快速、高精度、低成本的半导体形貌参数测量手段，并逐渐成为先进工艺控制（APC）的重要环节，有力地支撑了32nm及以下的工艺节点的发展。

散射计量的被测对象为具有一定周期性结构，如光刻胶密集线、孔阵列等。测量原理为：将一束测量光投射到被测对象上，测量其散射/反射光的特征，该特征可以是反射光强随入射角度或波长变化的特征，以及其他可以反映被测对象结构的散射光可测量。对象结构指形貌特征，典型的可以是Height、Top-CD、Bottom-CD、Mid-CD、SWA、Corner-Roundness、Under-Cut等参数。已知形貌参数和膜系结构参数等信息，可利用算法模型计算其散射光特征，算法模型可以是严格耦合波理论（RCWA）、有限时域差分（FDTD）、有限元法（FEM）等。改变模型参量，可计算得到不同的散射光特征。将测得散射光特征与计算结果做匹配，找到最相近的结果，则该结果对应的形貌参量即认为是被测对象的真实值。这是一种逆向求解的过程，测得的有效散射光特征越多，精度越高，则求解精度越高。传统的获取散射光特征的装置主要分两种：光谱型散射仪和角分辨型散射仪。

光谱型散射仪一般基于反射仪、椭偏仪等光谱测量设备，测量的是散射光强、偏振参量等随波长的变化谱线。对于不同被测对象的不同膜系结构，通常光谱特征测量的最佳入射角度是不同的。因此，光谱型散射仪一般通过机械支架和调整装置来改变其入射角。这种散射仪体积较大，且调整速度慢，调整后角度需重新标定。此外，由于运动台的倾斜抖动、机械振动等因素将在测量过程中改变入射角方向，将引起测量误差。

角分辨型散射仪测量散射光强（或其他可测量）随空间频率的变化谱线，即可测得散射光随入射角和方位角变化的二维谱线。这种方案每次只能测量一个窄带波长下的角分辨谱，波长宽度的限制使其对不同半导体材料进行测量时的性能无法得到保证，尤其当某些吸收型材料对测量用的窄带波具有较高吸收率时，使角分辨型散射仪无法进行测量或具有极低的信噪比，影响了其测量的工艺适应性。

散射测量是一种典型的逆向求解过程，待测参量间的非正交性将严重影响测量的精度，若待测量对测得的信号具有相似的响应特性，则不同待测量间的串扰将引起很大的测量误差，解决该问题的唯一途径是增加测量信号的数量。

因此，现有技术中希望可以找到一种结合上述两种测量手段优点，增强测量的工艺适应性，减小待测量间的串扰，提高测量精度，同时缩小设备体积。

发明内容

为了实现上述发明目的，本发明提供一种散射计量的装置、测量方法，能结合现有技术中两种测量手段的优点，减小待测量间的串扰，提高测量精度。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种散射计量的装置，包括：照明模块，用以产生照明光束；物镜，用于将所述照明光束会聚到被测对象上，并收集被测对象的反射光；二维阵列探测器，其探测面位于所述物镜的光瞳面，用于探测所述反射光的角分辨谱；光谱仪，其入光口位于物镜光瞳面，用于测量所述反射光在一空间频率下的光谱；通过改变光谱仪入光口在物镜瞳面的位置可探测不同空间频率的反射光；所述光谱仪包含一个光源，发出的光从光谱仪入光口出射；所述二维阵列探测器可测得所述光谱仪光源发出的光，用以确定所述光谱仪入光口在所述物镜光瞳的位置；以及处理模块，与所述二维阵列探测器、所述光谱仪连接，依据所述所述光谱仪测得的光谱、所述二维阵列探测器测得的光谱仪入光口在物镜光瞳中的位置信息及/或所述二维阵列探测器测得的角分辨谱信息，计算出该被测对象的特征参数。

更进一步地，所述照明模块包括光源，所述光源为氙气灯、氘灯或卤素灯。

更进一步地，散射计量装置还包括还包括设置于所述照明光束路经上或反射光束路经上的滤光元件，用于对其接收的光进行处理，产生窄带光输出。该窄带光半高全宽小于20nm，或小于10nm。该滤光元件为干涉滤光片、光栅、单色仪或声光调制器。

更进一步地，该二维阵列探测器为CCD或CMOS二维阵列探测器，用于探测反射光的角分辨谱。

更进一步地，所述光谱仪的入光口为机械刀口或光纤头。