[发明专利]套刻测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种套刻测量装置。

背景技术

光刻是集成电路制作的主要工艺，光刻工艺的任务是实现掩膜版上的图形向硅片上的光刻胶层的转移。

现有的光刻工艺一般是通过光刻装置进行，现有的光刻装置一般包括：晶圆载物台，用于装载晶圆；掩膜版载物台，位于晶圆载物台上方，用于装载掩膜版；光源，位于掩膜版载物台上方，用于提供曝光光线；光学投影单元，位于掩膜版载物台和晶圆载物台之间，用于将透过掩膜版的光投射到晶圆上。

在进行曝光工艺需要进行套刻(overlay)测量，判断当前层与前层是否对准，以保证当前层形成的图形与前层形成的图形的对准。

现有的套刻测量包括基于图形的套刻测量技术(image-based overlay，IBO)和基于衍射的套刻测量技术(diffraction-based overlay，DBO)。由于明场探测容易受到硅片衬底上各种缺陷的影响(例如衬底上的粗糙背景、套刻记号在化学机械平坦化工艺下的变形等)，基于图形的套刻测量技术(IBO)已不能满足新的工艺节点对套刻测量的要求，基于衍射的套刻测量技术(DBO)正逐步成为套刻测量的主要手段。

基于衍射的套刻测量技术(DBO)通过测量套刻标记衍射光角分辨率中正负衍射级间光强的非对称性得到套刻误差。

虽然基于衍射的套刻测量技术(DBO)可以判断套刻测量是否存在偏移，但是难以获得套刻偏移的具体值。

发明内容

本发明解决的问题是提高套刻测量的精度。

为解决上述问题，本发明提供一种套刻测量装置，包括：照明单元，适于产生照射光，对晶圆上形成的第一套刻标记进行照明，第一套刻标记在被照亮时产生反射光，所述第一套刻标记包括第一方向第一套刻标记和第二方向第一套刻标记，第一方向与第二方向垂直；第一测量单元，适于接收第一方向第一套刻标记或第二方向第一套刻标记产生的反射光，使接收的反射光产生横向偏移剪切干涉形成干涉光，并接收干涉光成第一图像，并根据第一图像判断第一方向套刻或第二方向套刻是否存在偏移，以及获得第一方向套刻或第二方向套刻的偏移量；第一驱动单元，与第一测量单元连接，适于驱动第一测量单元从第一位置旋转到第二位置，使第一测量单元分别测量晶圆上第一方向第一套刻标记和第二方向第一套刻标记。

可选的，所述套刻测量装置还包括第二测量单元和第三测量单元，所述晶圆上还形成有第二套刻标记和第三套刻标记，照明单元对第二套刻标记进行照明，第二套刻标记产生反射光，所述第二测量单元适于接收第二套刻标记产生的反射光并成第二图像，并根据第二图像判断套刻是否存在偏移，所述照明单元对第三套刻标记，所述第三套刻标记产生正负衍射光，所述第三测量单元接收第三套刻标记产生的正负衍射光呈第三图像，并根据第三图像判断套刻是否存在偏移。

可选的，还包括：第一光轴和与第一光轴垂直相交的第二光轴，位于第一光轴上的第一分束板，所述第一分束板具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，位于第一光轴和第二光轴交点处的第二分束板，所述第二分束板具有第三表面和与第三表面相对的第四表面，第一分束板与第一光轴的角度为45度，所述第二分束板和第一分束板延长线的夹角为90度，且第二分束板的第三表面与第一分束板的第二表面相对。

可选的，所述第二测量单元位于第二分束板第四表面一侧的第一光轴上，部分反射光穿过第一分束板和第二分束板后被第二测量单元接收。

可选的，所述第二测量单元包括第二成像透镜和基于图像的成像单元，所述第二成像透镜位于第二分束板的第四表面一侧的第一光轴上，所述基于图像的成像单元位于第二成像透镜的远离第二分束板一侧的第一光轴上，所述第二成像透镜将透过第二分束板后的部分反射光聚焦在基于图像的成像单元，基于图像的成像单元接收经第二成像透镜汇聚后的反射光成第二图像，并根据第二图像判断套刻是否存在偏移。

可选的，所述第三测量单元位于第二分束板的第三表面一侧的第二光轴上，部分正负衍射光穿过第一分束板后，在第二分束板的第三表面反射后被第三测量单元接收。

可选的，所述第三测量单元和第二分束板之间的第二光轴上还具有接力透镜单元，所述接力透镜单元包括第一接力透镜和第二接力透镜，第一接力透镜与第二分束板的距离小于第二接力透镜与第二分束板的距离，且第一接力透镜和第二接力透镜具有共同的焦点。