[发明专利]一种相位光栅位置测量系统及测量结构参数的方法

说明书

本公开提供一种相位光栅位置测量系统及测量结构参数的方法，该方法包括：S1，利用相位光栅位置测量系统扫描光栅标记(107)，得到测量信号；S2，从测量信号中分离出各衍射级次的测量信号，获取各衍射级次的相位信息和光强信息；S3，根据相位信息计算得到光栅标记(107)的位置信息；S4，根据光强信息计算得到光栅标记(107)的结构参数。本公开利用相位光栅的衍射场信息，在测量光栅标记位置的同时，可获得光栅标记的结构信息，便于分析光栅加工工艺过程对设计结构的改变以及对于测量的影响。

技术领域

本公开涉及集成电路制造技术领域，具体涉及一种相位光栅位置测量系统及测量结构参数的方法。

背景技术

相位光栅位置测量系统由于具有测量精度高、受环境影响较小的特点，广泛应用于集成电路领域中。一般通过测量周期性光栅结构而获得测量信号，从而求解位置信息。由于集成电路工艺流程的复杂性，光栅标记在经历如曝光、刻蚀、化学机械抛光等处理后会发生变形，其形变非对称性将引入额外的测量偏差。因此，待测的微观结构形貌信息对于分析工艺过程的影响具有重要意义。

为了准确获得周期性的微观结构形貌，可以采用扫描显微的图像来分析，如电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等方法。这些方法测量精度虽然很高，但是速度慢、环境要求高、破坏性强，通常限于离线分析与验证的手段。而光学散射测量方法，速度快、精度高，并兼有非破坏性等优点，也广泛应用于微观结构形貌的测量。由于光栅的几何结构与光栅衍射场具有强耦合关系，按照实际需要，重建出工艺流程中的结构变化，是建模解算中的一个挑战和难点。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述问题，本公开提供了一种相位光栅位置测量系统及测量结构参数的方法，用于至少部分解决传统方法难以获取光栅标记的结构信息等技术问题。

(二)技术方案

本公开一方面提供了一种相位光栅位置测量系统，包括：辐射光源，用于产生空间相干的照明光束；准直系统和孔径光阑，用于将照明光束转变为均匀且接近平行的小尺寸照明光束；照明镜组、分光镜和收集镜组，用于将小尺寸照明光束入射至光栅标记；收集镜组，用于将光栅标记产生的衍射光束转变为平行光束；光学组件，用于使平行光束发生干涉；聚焦镜组，用于使干涉的平行光束汇聚到探测器。

本公开另一方面提供了一种基于上述的相位光栅位置测量系统测量结构参数的方法，包括：S1，利用相位光栅位置测量系统扫描光栅标记，得到测量信号；S2，从测量信号中分离出各衍射级次的测量信号，获取各衍射级次的相位信息和光强信息；S3，根据相位信息计算得到光栅标记的位置信息；S4，根据光强信息计算得到光栅标记的结构参数。

进一步地，S1包括：照明光束入射至光栅标记，发生衍射生成-m～+m的衍射级次；利用光学组件使-m～+m的衍射级次重叠发生干涉；利用探测器采集测量信号。

进一步地，测量信号的光强信息表示为：

其中，|E_m|表示+m衍射级次和-m衍射场相等的振幅，M表示收集镜组收集的最高衍射级次，d表示光栅周期，x表示扫描位置，为各衍射级次测量信号的相位。

进一步地，S2包括：根据各衍射级次的频率，从测量信号中分离出各衍射级次的测量信号；根据各衍射级次的测量信号提取各衍射级次的相位信息和光强信息。

进一步地，S3包括：计算得到光栅标记的位置信息x_m为：

其中，d表示光栅周期，m表示衍射级次，为各衍射级次测量信号的相位。

进一步地，S4中结构参数包括光栅标记的占空比f和槽深h。