CN111504210B - 一种用于节距移动的测量基底及其制备方法、测量方法 - Google Patents

一种用于节距移动的测量基底及其制备方法、测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于光学测量技术领域，公开了一种用于节距移动的测量基底及其制备方法、测量方法。测量基底上设置有测量标记，测量标记包括多个标记单元并构成周期性的第一光栅结构；每个标记单元包括2n个标记线条并构成非对称型的第二光栅结构。制备方法包括设计测量模板、光刻、牺牲层掩膜、沉积、刻蚀。用于节距移动的测量方法包括制备测量基底，采集并根据测量基底产生的+1阶、‑1阶衍射光的光强，获得节距移动的大小。本发明解决了现有技术中针对节距移动的测量手段分辨率较低、测量速度较慢的问题，能够实现高速、无损测量，提高测量的灵敏度和分辨率。

Description

一种用于节距移动的测量基底及其制备方法、测量方法
技术领域
本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种用于节距移动的测量基底及其制备方法、测量方法。
背景技术
在半导体集成电路、平板显示等领域，功能器件的微加工首先通过光刻将掩膜版上的图案复刻在光刻胶上；然后再通过后续的刻蚀、清洗等工艺将图案传递到基底，制成需要加工的结构。由于受到光的衍射极限的限制，光刻所能加工的最小器件线宽是一定的。为了实现更高的器件集成度，就需要实现更小的加工线宽和节距，这样就需要通过其他的加工工艺来缩减光刻后的线宽和节距。其中，自对准双重成像技术就是一种常用的手段，可以将原来结构的一个节距变为两个节距，从而实现两倍的更高集成度。但是，由于加工工艺的复杂性，新生成的两个节距的大小可能会不一致，这种误差通常被称为节距移动(Pitchwalk)，会引起和其他层之间的套刻对准误差，进而影响良率。
目前针对节距移动的测量手段主要是扫描电子显微镜，但是扫描电子显微镜的缺点在于测量速度慢，不适合用于实时测量；并且在测量中难以准确区分两个相邻节距，导致测量错误。另外基于建模仿真的光学测量也可以实现对节距移动的测量，但是由于自对准双重成像技术中节距移动通常是纳米级别，所以光学测量的灵敏度和信号串扰是一个很大的问题，会严重影响光学测量的分辨率。
发明内容
本申请实施例通过提供一种用于节距移动的测量基底及其制备方法、测量方法，解决了现有技术中针对节距移动的测量手段分辨率较低、测量速度较慢的问题。
本申请实施例提供一种用于节距移动的测量基底，所述测量基底上设置有测量标记，所述测量标记包括多个标记单元，多个所述标记单元构成周期性的第一光栅结构；
每个所述标记单元包括2n个标记线条，2n个所述标记线条构成非对称型的第二光栅结构。
优选的，所述第一光栅结构的周期与测量节距移动的入射光的波长相同。
优选的，所述标记线条的线宽与实际器件单元的线宽相同，所述第一方向与实际器件单元的方向一致。
优选的，每个所述标记单元中的任意两个相邻的标记线条之间的节距均不同。
本申请实施例提供上述测量基底的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、设计测量模板；
所述测量模板包括多个模板单元，多个所述模板单元构成周期性的光栅结构；每个所述模板单元包括n个模板线条；
步骤2、将所述测量模板通过光刻复制到光刻胶上；
步骤3、光刻图案通过刻蚀转移到牺牲层上形成掩膜；
步骤4、针对每一个所述模板线条，以所述模板线条为核心，通过沉积形成两个微线条；
步骤5、所述微线条通过刻蚀转移到功能层，形成所述测量标记。
优选的，每个所述模板单元中的n个所述模板线条的线宽等差设置，位于中间位置的模板线条的线宽与实际器件单元的线宽相同；每个所述模板单元中的n个所述模板线条的周期相同，所述模板线条的周期与实际器件单元的周期相同。
优选的，所述测量模板和实际器件单元放置在同一个掩膜板上。
本申请实施例提供一种用于节距移动的测量方法，包括以下步骤：
步骤1、制备上述用于节距移动的测量基底；
步骤2、通过光源产生的光束，光束入射至分光装置后形成第一光束、第二光束；
步骤3、所述第一光束入射至第一采集装置，将所述第一采集装置采集的光强作为参考光；
步骤4、所述第二光束照射至所述测量基底，通过所述第二采集装置采集所述测量基底产生的+1阶衍射光的光强、所述测量基底产生的-1阶衍射光的光强，并作为测量光；
步骤5、根据所述+1阶衍射光的光强、所述-1阶衍射光的光强，获得节距移动的大小。
优选的，所述步骤2中，通过第一透镜对所述光源产生的光束进行汇聚，汇聚为平行光后入射至所述分光装置；
所述步骤3中，通过第二透镜对所述第一光束进行聚焦，聚焦后的所述第一光束再入射至所述第一采集装置；
所述步骤4中，通过第三透镜对所述第二光束进行聚焦，聚焦后的所述第二光束再入射至所述测量基底；通过第四透镜对所述测量基底产生的+1阶衍射光、所述测量基底产生的-1阶衍射光进行聚焦，衍射光聚焦后再入射至所述第二采集装置。
优选的，所述步骤5中，获得所述+1阶衍射光的光强和所述-1阶衍射光的光强的差值，所述差值与所述节距移动的大小成线性关系。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在本申请实施例中，测量基底上设置有测量标记，由于无论制程中任何一步工艺发生变化，测量标记的变化都和实际器件单元相同，因此可以用测量标记来监测实际器件单元的变化。测量标记中标记线条的线宽、节距的变化都和实际器件单元相同，且测量标记中每一个节距的大小都不同，是一个非对称的结构。非对称光栅结构产生的+1阶衍射光和-1阶衍射光会有强度的差别，节距移动的变化会导致测量标记的对称性变化，从而引起+1阶和-1阶衍射光强度的变化，因此，可以通过获取测量基底产生的+1阶和-1阶的衍射光强来测得节距移动的大小。即本发明利用光学的测量手段可以实现高速、无损测量；通过设计测量基底以及对应的测量模板，利用测量+1阶和-1阶的衍射光强差来得到节距移动，提高了测量的灵敏度和分辨率，并且能够避免复杂的仿真建模，缩短计算时间。
附图说明
为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种用于节距移动的测量方法对应的测量系统的示意图；
图2a为测量模板的俯视图；图2b为测量模板的截面视角放大图；图2c为一个模板单元的截面视角示意图；
图3为测量标记的制备流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种用于节距移动的测量方法中节距移动对实际器件单元和测量标记的影响示意图；
图5为本发明实施例提供的一种用于节距移动的测量方法中利用衍射光强差测量节距移动的原理示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1：
实施例1提供一种用于节距移动的测量基底，所述测量基底上设置有测量标记，所述测量标记包括多个标记单元，多个所述标记单元构成周期性的第一光栅结构；每个所述标记单元包括2n个标记线条，2n个所述标记线条构成非对称型的第二光栅结构。
所述第一光栅结构的周期与测量节距移动的入射光的波长相同。
所述标记线条的线宽与实际器件单元的线宽相同，所述第一方向与实际器件单元的方向一致。
每个所述标记单元中的任意两个相邻的标记线条之间的节距均不同。
实施例2：
实施例2提供实施例1中的测量基底的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、设计测量模板；
所述测量模板包括多个模板单元，多个所述模板单元构成周期性的光栅结构；每个所述模板单元包括n个模板线条；
步骤2、将所述测量模板通过光刻复制到光刻胶上；
步骤3、光刻图案通过刻蚀转移到牺牲层上形成掩膜；
步骤4、针对每一个所述模板线条，以所述模板线条为核心，通过沉积形成两个微线条；
步骤5、所述微线条通过刻蚀转移到功能层，形成所述测量标记。
其中，每个所述模板单元中的n个所述模板线条的线宽等差设置，位于中间位置的模板线条的线宽与实际器件单元的线宽相同；每个所述模板单元中的n个所述模板线条的周期相同，所述模板线条的周期与实际器件单元的周期相同。
所述测量模板和实际器件单元放置在同一个掩膜板上。
实施例3：
实施例3提供一种用于节距移动的测量方法，包括以下步骤：
步骤1、制备获得如实施例1的测量基底。
步骤2、通过光源产生的光束，光束入射至分光装置后形成第一光束、第二光束。
优选的，通过第一透镜对所述光源产生的光束进行汇聚，汇聚为平行光后入射至所述分光装置。
步骤3、所述第一光束入射至第一采集装置，通过所述第一采集装置采集光强作为参考光。
优选的，通过第二透镜对所述第一光束进行聚焦，聚焦后的所述第一光束再入射至所述第一采集装置。
步骤4、所述第二光束照射至所述测量基底，通过所述第二采集装置采集所述测量基底产生的+1阶衍射光的光强、所述测量基底产生的-1阶衍射光的光强作为测量光。
优选的，通过第三透镜对所述第二光束进行聚焦，聚焦后的所述第二光束再入射至所述测量基底；通过第四透镜对所述测量基底产生的+1阶衍射光、所述测量基底产生的-1阶衍射光进行聚焦，衍射光聚焦后再入射至所述第二采集装置。
步骤5、根据所述+1阶衍射光的光强、所述-1阶衍射光的光强，获得节距移动的大小。
优选的，获得所述+1阶衍射光的光强和所述-1阶衍射光的光强的差值，所述差值与所述节距移动的大小成线性关系。
为了更好地理解本发明，下面对本发明做进一步的说明。
本发明首先建立了一套光学测量系统，如图1所示，包括：光源11、第一透镜12、分光装置(例如分光棱镜)13、第二透镜14、第一采集装置(例如CCD高速摄像机)15、第三透镜16、第四透镜19、第二采集装置(例如CCD高速摄像机)110。
所述光源11产生连续波长激光，波长范围从200到1000纳米，通过所述第一透镜12汇聚为平行光后照射到所述分光装置13上，产生两束分光(分别记为第一光束、第二光束)，所述第一光束通过所述第二透镜14聚焦后入射至所述第一采集装置15，由所述第一采集装置15采集光强作为参照光；所述第二光束通过所述第三透镜16聚焦后照射到测量基底17上面，从所述测量基底17上的测量标记18产生的+1阶衍射光、-1阶衍射光通过所述第四透镜19聚焦后入射至所述第二采集装置110，所述第二采集装置110采集的光强作为测量光。测量光减去参考光后就可以得到最终测量的光强信息，这样的归一化处理可以摒除由于光源不稳定性和光学系统自身造成的干扰。
本发明为了测量自对准双重成像技术中的节距移动，设计专门的测量模板。如图2a所示，所述测量模板包括多个模板单元，多个所述模板单元构成周期性的光栅结构，即所述测量模板是一个周期性的光栅结构。优选的，所述测量模板由尺寸相同或接近的模板单元21和间隔22构成，即其中每个周期包括形状尺寸相同的所述模板单元21和所述间隔22。光栅的周期(即所述模板单元21和间隔22的长度之和)接近或等于所述光源11入射光的波长，以保证光栅衍射的+1阶和-1阶光都可以得到。光栅的方向和实际器件单元一致，以保证最终得到的测量标记和实际器件单元对于制程变化具有一致的响应。
其中，如图2b所示，每个所述模板单元21由更小的相同周期、不同线宽的模板线条(即微线条)组成。每个所述模板单元包括n个模板线条。模板线条的个数由(光栅半周期/模板线条周期)决定。
下面以每个所述模板单元包括3个模板线条为例进行说明。
参看图2b、2c，3个模板线条具有相同的周期，不同的线宽。其中，周期采用和实际器件单元一样的周期，可以使得测量标记和实际器件单元对于制程变化具有一致的响应。位于中心处的模板线条(即图2c中的21a)的光刻线宽等于实际器件单元的光刻线宽L，可以使得测量标记和实际器件单元对于制程变化具有一致的响应，两侧的模板线条(即图2c中的21b和21c)采用渐变的光刻线宽L-d和L+d,再向外侧的微线条的光刻线宽以此类推，L-2d和L+2d，等等。即每个所述模板单元中的多个所述模板线条的线宽等差设置，位于中间位置的模板线条的线宽与实际器件单元的线宽相同。
如图3所示，本发明的测量模板通过光刻31、牺牲层上掩膜32、沉积33、刻蚀34等工艺形成最有更小节距的测量标记，最终形成的所述测量标记设置在所述测量基底上。
所述测量标记中标记线条的线宽、节距的变化都和实际器件单元相同。且测量标记中每一个节距的大小都不同，是一个非对称的结构。
图3是测量标记在制程中的变化，因为测量模板和实际器件单元在同一个掩膜板上，所以会经历相同的制程。
首先，测量模板会通过光刻31复制到光刻胶上。如果在光刻31的过程中由于曝光条件的变化而导致模板线条的线宽变化，那么模板线条的线宽变化会和实际器件单元的线宽变化是一致的。
然后，光刻31上的图案会通过刻蚀转移到牺牲层上形成掩膜32，在刻蚀的过程中通常掩膜线宽相比于光刻线宽会变小。如果刻蚀条件的变化而导致模板线条的线宽变化，那么模板线条的线宽变化仍然会和实际器件单元的线宽变化一致。
接着，在牺牲层掩膜32的基础上，通过沉积33以及后续的CMP等工艺会以模板线条为核心形成新的模板线条组(即两个微线条)，这一过程中新的微线条数会增加为两倍。
之后，这些新形成的微线条通过多步刻蚀34工艺转移到最终的功能层，形成最终的测量标记(即刻蚀后形成的标记线条与沉积后得到的微线条对应)。
沉积33和刻蚀34过程会影响新形成的微线条的线宽，但是最终形成的测量标记中标记线条的线宽变化仍然会和实际器件单元的线宽变化一致。
如图4所示，和实际器件单元的对称结构不同，由于设计的原因，测量标记中每一个节距(P1、P2、P3、P4、P5等)的大小都不相同，是一个非对称的结构。由于无论制程中任何一步工艺发生变化，测量标记的变化都和实际器件单元相同，因此可以用测量标记来监测实际器件单元的变化。
图4是经过刻蚀34后的实际器件单元和测量标记在理想状态和发生了节距移动时的状态。对于实际器件单元，理想状态下，相邻的节距都相等，P1＝P2。如果制程发生变化，相邻的节距会发生改变，使得P1≠P2，P1、P2的差值即节距移动；但是发生节距移动的实际器件单元还是对称性周期结构。而对于测量标记，无论在理想状态下，还是发生了节距移动，都是非对称型结构；而且随着节距移动的变化，测量标记的对称性也随之发生改变，例如，测量标记变得更加不对称。
图5是利用衍射光来测量节距移动的方法。由于刻蚀34中相邻微线条的节距差异导致的线条结构的不对称性，从而构成了一个非对称型的光栅结构，在入射光51的照射下，非对称光栅结构产生的+1阶衍射光52和-1阶衍射光53会有强度的差别。节距移动的变化会导致测量标记的对称性变化，从而引起+1阶和-1阶衍射光强度的变化。在一定的范围内，+1阶和-1阶的光强差I+1–I-1)和节距移动成线性关系，因此，可以通过测量+1阶和-1阶的光强差I+1–I-1)来测得节距移动的大小。
综上，本发明实施例提供的一种用于节距移动的测量方法利用光学的测量手段可以实现高速、无损测量；通过设计测量基底(或测量模板)，利用测量+1阶和-1阶的衍射光强差来得到节距移动，提高了测量的灵敏度和分辨率，并且能够避免复杂的仿真建模，缩短计算时间。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种用于节距移动的测量基底，其特征在于，所述测量基底上设置有测量标记，所述测量标记包括多个标记单元，多个所述标记单元构成周期性的第一光栅结构；
每个所述标记单元包括2n个标记线条，2n个所述标记线条构成非对称型的第二光栅结构；
所述第一光栅结构的周期与测量节距移动的入射光的波长相同，用于得到+1阶衍射光和-1阶衍射光；所述第二光栅结构用于使得所述测量基底产生的所述+1阶衍射光的光强和所述-1阶衍射光的光强之间存在差值。
2.根据权利要求1所述的用于节距移动的测量基底，其特征在于，所述标记线条的线宽与实际器件单元的线宽相同，第一方向与实际器件单元的方向一致。
3.根据权利要求1所述的用于节距移动的测量基底，其特征在于，每个所述标记单元中的任意两个相邻的标记线条之间的节距均不同。
4.一种如权利要求1-3中任一所述的用于节距移动的测量基底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、设计测量模板；
所述测量模板包括多个模板单元，多个所述模板单元构成周期性的光栅结构；每个所述模板单元包括n个模板线条；
步骤2、将所述测量模板通过光刻复制到光刻胶上；
步骤3、光刻图案通过刻蚀转移到牺牲层上形成掩膜；
步骤4、针对每一个所述模板线条，以所述模板线条为核心，通过沉积形成两个微线条；
步骤5、所述微线条通过刻蚀转移到功能层，形成所述测量标记。
5.根据权利要求4所述的用于节距移动的测量基底的制备方法，其特征在于，每个所述模板单元中的n个所述模板线条的线宽等差设置，位于中间位置的模板线条的线宽与实际器件单元的线宽相同；每个所述模板单元中的n个所述模板线条的周期相同，所述模板线条的周期与实际器件单元的周期相同。
6.根据权利要求4所述的用于节距移动的测量基底的制备方法，其特征在于，所述测量模板和实际器件单元放置在同一个掩膜板上。
7.一种用于节距移动的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、制备如权利要求1-3中任一所述的用于节距移动的测量基底；
步骤2、通过光源产生的光束，光束入射至分光装置后形成第一光束、第二光束；
步骤3、所述第一光束入射至第一采集装置，将所述第一采集装置采集的光强作为参考光；
步骤4、所述第二光束照射至所述测量基底，通过第二采集装置采集所述测量基底产生的+1阶衍射光的光强、所述测量基底产生的-1阶衍射光的光强，并作为测量光；
步骤5、根据所述+1阶衍射光的光强、所述-1阶衍射光的光强，获得节距移动的大小。
8.根据权利要求7所述的用于节距移动的测量方法，其特征在于，所述步骤2中，通过第一透镜对所述光源产生的光束进行汇聚，汇聚为平行光后入射至所述分光装置；
所述步骤3中，通过第二透镜对所述第一光束进行聚焦，聚焦后的所述第一光束再入射至所述第一采集装置；
所述步骤4中，通过第三透镜对所述第二光束进行聚焦，聚焦后的所述第二光束再入射至所述测量基底；通过第四透镜对所述测量基底产生的+1阶衍射光、所述测量基底产生的-1阶衍射光进行聚焦，衍射光聚焦后再入射至所述第二采集装置。
9.根据权利要求7所述的用于节距移动的测量方法，其特征在于，所述步骤5中，获得所述+1阶衍射光的光强和所述-1阶衍射光的光强的差值，所述差值与所述节距移动的大小成线性关系。
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