CN113985711B - 一种套刻测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种套刻测量装置，涉及半导体技术领域，该装置用于测量设置在晶圆不同层的第一套刻标记和第二套刻标记的误差，包括光源模块、分光镜、第一物镜、第二物镜、参考镜、PZT驱动器、成像单元和处理器；光源模块、分光镜、第二物镜和参考镜依次设置在光源模块射出的测量光光路方向；第一物镜、分光镜、成像单元依次设置在垂直测量光光路的方向。该装置利用干涉图像测量套刻误差，测量方法相对简单、成本可控。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种套刻测量装置。
背景技术
在半导体制造过程中，光刻工艺是每一个技术代的核心技术，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。影响光刻工艺误差的因素，除了光刻机的分辨率之外，还有对准的精确度。也就是说，每一层必须达到和前层在一定范围内的对准，即套刻(overlay，OVL)精度需满足设计需求，才能保证最后芯片的正常功能。
在光刻工艺中，芯片每一层都会制备一种特定的记号用以表示该层的位置，这种记号称之为套刻标记。常用的套刻标记有三种：box-in-box、Frame-in-Frame、Bar-in-Bar。一般用里面的标记代表当层的图形，外面的标记代表前层的图形。套刻测量简言之，就是通过专用的测量仪器测量套刻标记中里面记号和外面记号的信号差，从而获取前层和当层的位置关系。
受光刻分辨率提高的推动，对准技术也经历了迅速而多样的发展。目前用的较多的是基于衍射光探测的套刻测量技术(DBO，Diffraction-Based overlay)，该类技术通过对套刻标记的CD、侧壁角(SWA)、高度和套刻参数进行严格建模，计算得到理论衍射光谱，将测量值与理论值进行对比提取套刻参数，这类技术标记成本高，计算量大。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种套刻测量装置，本发明的技术方案如下：
一种套刻测量装置，用于测量设置在晶圆不同层的第一套刻标记和第二套刻标记的误差，包括光源模块、分光镜、第一物镜、第二物镜、参考镜、PZT驱动器、成像单元和处理器；光源模块、分光镜、第二物镜和参考镜依次设置在光源模块射出的测量光光路方向；第一物镜、分光镜、成像单元依次设置在垂直测量光光路的方向；测量装置的工作方法包括：
测量光经分光镜透射和反射分别形成测量光光路方向的透射光束和垂直测量光光路方向的反射光束；
反射光束经第一物镜入射被测晶圆并反射形成晶圆光，透射光束经第二物镜入射参考镜并反射形成参考光，晶圆光和参考光干涉形成干涉图像；
PZT驱动器驱动第一物镜在垂直测量光光路的方向位移，以获得若干幅不同的干涉图像；
成像单元采集若干幅不同的干涉图像并传输至处理器；
处理器根据振幅和/或相位算法得到若干幅不同的干涉图像分别对应的三维合成图像；
根据最大对比度确定第一套刻标记最清晰的三维合成图像和第二套刻标记最清晰的三维合成图像；
根据第一套刻标记最清晰的三维合成图像和第二套刻标记最清晰的三维合成图像的中心差异计算并输出套刻误差值。
进一步的，在计算并输出套刻误差值之前，测量装置的工作方法还包括：
将第一套刻标记最清晰的三维合成图像和第二套刻标记最清晰的三维合成图像分别输入图像超分辨率重建网络模型进行分辨率重建，得到第一套刻标记目标图像和第二套刻标记目标图像，目标图像的分辨率大于三维合成图像的分辨率。
进一步的，光源模块包括依次设置的光源和视场光阑，视场光阑用于限制光源的光束范围。
进一步的，成像单元包括目镜和CMOS相机。
进一步的，图像超分辨率重建网络模型包括SRCNN模型、DRCN模型、ESPCN模型或SRGAN模型。
本发明的有益技术效果是：
本申请公开了一种套刻测量装置，把光学干涉法与显微系统相结合，通过干涉成像的技术来确定套刻标记之间的差异，以此来测量套刻误差，该测量方法避免了高成本的套刻标记以及复杂的计算过程；进一步的，该测量方法还对套刻标记所对应的三维合成图像进行低分辨率到高分辨率的图像处理，提高了干涉图的横向分辨率，使得套刻测量更精确。
附图说明
图1是本申请的套刻测量装置的结构示意图。
图2是本申请的第一套刻标记和第二套刻标记的示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请实施方式公开了一种套刻测量装置，具体参考图1，该装置用于测量设置在晶圆不同层的第一套刻标记和第二套刻标记的误差，包括光源模块、分光镜3、第一物镜4、第二物镜5、参考镜6、PZT驱动器(图中未示出)、成像单元和处理器9；光源模块、分光镜3、第二物镜5和参考镜6依次设置在光源模块射出的测量光光路方向I；第一物镜4、分光镜3、成像单元依次设置在垂直测量光光路的方向II。在一个实施例中，光源模块包括依次设置的光源1和视场光阑2，视场光阑2用于限制光源1的光束范围。在一个实施例中，成像单元包括目镜7和CMOS相机8。
该测量装置的工作方法包括：
测量光经分光镜3透射和反射分别形成测量光光路方向I的透射光束和垂直测量光光路方向II的反射光束；
反射光束经第一物镜4入射被测晶圆10并反射形成晶圆光，透射光束经第二物镜5入射参考镜6并反射形成参考光，晶圆光和参考光干涉形成干涉图像；
PZT驱动器驱动第一物镜4在垂直测量光光路的方向位移，以获得若干幅不同的干涉图像；
成像单元采集若干幅不同的干涉图像并传输至处理器；
处理器根据振幅和/或相位算法得到若干幅不同的干涉图像分别对应的三维合成图像；具体的，处理器计算各干涉图像中每个像素的晶圆光和参考光之间相干的振幅和相位，并形成三维合成图像，三维合成图像的亮度与相干的复振幅或相位成正比；
根据最大对比度确定第一套刻标记最清晰的三维合成图像和第二套刻标记最清晰的三维合成图像；
根据第一套刻标记最清晰的三维合成图像和第二套刻标记最清晰的三维合成图像的中心差异计算并输出套刻误差值。
在一个实施例中，在计算并输出套刻误差值之前，测量装置的工作方法还包括：
将第一套刻标记最清晰的三维合成图像和第二套刻标记最清晰的三维合成图像分别输入图像超分辨率重建网络模型进行分辨率重建，得到第一套刻标记目标图像和第二套刻标记目标图像，目标图像的分辨率大于三维合成图像的分辨率。
可选的，图像超分辨率重建网络模型包括SRCNN模型、DRCN模型、ESPCN模型或SRGAN模型。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种套刻测量装置，用于测量设置在晶圆不同层的第一套刻标记和第二套刻标记的误差，其特征在于，包括光源模块、分光镜、第一物镜、第二物镜、参考镜、PZT驱动器、成像单元和处理器；所述光源模块、分光镜、第二物镜和参考镜依次设置在所述光源模块射出的测量光光路方向；所述第一物镜、分光镜、成像单元依次设置在垂直所述测量光光路的方向；所述测量装置的工作方法包括：
所述测量光经分光镜透射和反射分别形成测量光光路方向的透射光束和垂直测量光光路方向的反射光束；
所述反射光束经第一物镜入射被测晶圆并反射形成晶圆光，所述透射光束经第二物镜入射参考镜并反射形成参考光，所述晶圆光和参考光干涉形成干涉图像；
所述PZT驱动器驱动所述第一物镜在垂直所述测量光光路的方向位移，以获得若干幅不同的干涉图像；
所述成像单元采集所述若干幅不同的干涉图像并传输至处理器；
所述处理器根据振幅和/或相位算法得到所述若干幅不同的干涉图像分别对应的三维合成图像；
根据最大对比度确定第一套刻标记最清晰的三维合成图像和第二套刻标记最清晰的三维合成图像；
将所述第一套刻标记最清晰的三维合成图像和第二套刻标记最清晰的三维合成图像分别输入图像超分辨率重建网络模型进行分辨率重建，得到第一套刻标记目标图像和第二套刻标记目标图像，所述目标图像的分辨率大于所述三维合成图像的分辨率；
根据所述第一套刻标记目标图像和所述第二套刻标记目标图像的中心差异计算并输出套刻误差值。
2.根据权利要求1所述的套刻测量装置，其特征在于，所述光源模块包括依次设置的光源和视场光阑，所述视场光阑用于限制光源的光束范围。
3.根据权利要求1所述的套刻测量装置，其特征在于，所述成像单元包括目镜和CMOS相机。
4.根据权利要求1所述的套刻测量装置，其特征在于，所述图像超分辨率重建网络模型包括SRCNN模型、DRCN模型、ESPCN模型或SRGAN模型。
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