測量系統(tǒng)和測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種測量系統(tǒng)和測量方法，用于測量掩模在基片中的空間像，其中測量系統(tǒng)包括：照明單元，用于提供照明光，照明光經(jīng)過掩模后形成初始光；成像單元，用于對初始光進(jìn)行成像，形成成像光；分束單元，用于將成像光分為投影光和參考光；投影光用于在基片內(nèi)形成掩模的圖像，并經(jīng)基片反射形成第一反射光；反射單元，用于接收參考光形成第二反射光；所述第二反射光于所述第一反射光相互干涉后形成干涉光；測量單元，用于測量干涉光所形成的空間像。本發(fā)明利用光學(xué)干涉原理，通過第一反射光和第二反射光的干涉成像，形成銅基片中實(shí)際圖形完全一樣的圖形，提高了測量的精度，避免了光刻膠顯影等步驟，節(jié)省了光刻工藝研發(fā)的時間和成本。
【專利說明】
測量系統(tǒng)和測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及一種測量系統(tǒng)和測量方法。【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵尺寸(Critical Dimens1n，CD) 越來越小，芯片的集成度也越來越高，對半導(dǎo)體制造工藝提出了越來越嚴(yán)格的要求，因此必須在工藝過程中盡可能的減小每一步驟的誤差，降低因誤差而導(dǎo)致的器件失效。
[0003]在半導(dǎo)體制造過程中，光刻工藝作為核心技術(shù)占據(jù)著重要位置。在標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝中，需要用到數(shù)十次的光刻步驟，受到光刻機(jī)分辨率以及對準(zhǔn)的精確度等因素的影響，光刻工藝存在誤差。
[0004]在光刻工藝中，主要通過掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM) 來測量以光刻膠或其它膜層為掩模對襯底進(jìn)行刻蝕而形成的圖案。掃描電子顯微鏡中，電子槍發(fā)射出的電子束聚焦在圖案表面上，高能電子束與圖案物質(zhì)發(fā)生交互作用，通過對產(chǎn)生于圖案上的二次電子搜集，經(jīng)過放大后送到顯像管的柵極上，形成人們可觀察到的各種特征圖像。
[0005]但是現(xiàn)有光刻工藝中，采用掃描電子顯微鏡成像測量掩模圖案的方法，具有效率不高的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問題是提出一種測量系統(tǒng)和測量方法，節(jié)省了光刻工藝研發(fā)的時間和成本。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種測量系統(tǒng)，用于測量掩模在基片中的空間像，所述測量系統(tǒng)包括:
[0008]照明單元，用于提供照明光，所述照明光經(jīng)過掩模后形成初始光；[〇〇〇9]成像單元，用于對所述初始光進(jìn)行成像，形成成像光；
[0010]分束單元，用于將所述成像光分為投影光和參考光；所述投影光投射至基片并在基片內(nèi)形成所述掩模的圖像；所述基片用于使所述投影光反射形成第一反射光，并將所述第一反射光投射至所述分束單元；
[0011]反射單元，用于接收所述參考光形成第二反射光，并將所述第二反射光投射至所述分束單元；所述第二反射光與所述第一反射光相互干涉后形成干涉光；
[0012]測量單元，用于測量所述干涉光所形成的空間像。
[0013]可選的，所述測量系統(tǒng)還包括:第一管透鏡，用于會聚所述初始光，所述成像單元用于對第一管透鏡會聚后的初始光進(jìn)行成像。
[0014]可選的，所述測量系統(tǒng)還包括:第一分束板，用于使第一管透鏡會聚后的所述初始光反射至所述成像單元，還用于將所述干涉光透射至所述測量單元。
[0015]可選的，所述分束單元包括:第二分束板，用于使經(jīng)反射單元形成的所述第二反射光反射至所述測量單元，還用于將基片形成的所述第一反射光透射至所述測量單元。
[0016]可選的，所述反射單元包括平面鏡，所述平面鏡與所述第二分束板平行設(shè)置。
[0017]可選的，所述測量系統(tǒng)還包括:補(bǔ)償單元，位于所述分束單元與所述基片之間，用以補(bǔ)償分束過程中形成的像差。
[0018]可選的，所述測量系統(tǒng)還包括:光闌，設(shè)置于第一反射光光路上，用于遮擋雜散光。
[0019]可選的，所述照明單元包括激光光源，所述激光光源用于產(chǎn)生與光刻機(jī)曝光相同波長的光。
[0020]可選的，所述照明單元還包括照明裝置，所述照明裝置用于使所述激光光源產(chǎn)生的平行光形成不同角度入射到掩模上的照明光。[0021 ]可選的，所述照明裝置為部分相干照明、環(huán)形照明、偶極照明或四極照明。
[0022]可選的，所述成像單元包括顯微鏡鏡頭。
[0023]可選的，所述測量單元包括:第二管透鏡，用于會聚所述干涉光；圖像傳感器，用于采集第二管透鏡會聚后的干涉光所形成的空間像。
[0024]可選的，所述測量單元還包括:位于所述第二管透鏡和所述圖像傳感器之間的快門，用于控制所述干涉光投射在圖像傳感器上的曝光量。
[0025]可選的，所述圖像傳感器為電荷耦合陣列或者互補(bǔ)型金屬-氧化物-半導(dǎo)體光傳感器陣列。
[0026]可選的，所述測量系統(tǒng)還包括載物臺，用于放置基片，所述載物臺為移動平臺。
[0027]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種測量方法，用于測量掩模在基片中的空間像，包括:
[0028]提供照明光，所述照明光經(jīng)過掩模形成初始光；
[0029]對所述初始光進(jìn)行成像，形成成像光；
[0030]將所述成像光分為投影光和參考光；[〇〇31]所述投影光透射至基片，并在基片內(nèi)形成所述掩模的圖像，所述投影光經(jīng)所述基片反射形成第一反射光；
[0032]反射所述參考光，形成第二反射光；
[0033]所述第二反射光和所述第一反射光合束相互干涉，形成干涉光；
[0034]測量所述干涉光形成的空間像。
[0035]可選的，形成所述初始光的步驟之后，對所述初始光進(jìn)行成像形成成像光的步驟之后，所述測量方法還包括會聚所述初始光進(jìn)行成像。
[0036]可選的，在將所述成像光分為投影光和參考光的步驟之后，在所述投影光投射到所述基片的步驟之前，所述測量方法還包括對所述投影光進(jìn)行像差補(bǔ)償，以去除在分束過程中所產(chǎn)生的像差。
[0037]可選的，形成所述第一反射光的步驟之后，所述第一反射光與所述第二反射光合束相互干涉的步驟之前，所述測量方法還包括:去除所述第一反射光中的雜散光。
[0038]可選的，所述提供照明光的步驟包括，所述照明光與光刻機(jī)曝光采用的光具有相同波長。
[0039]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0040]本發(fā)明通過分束單元，使經(jīng)過掩模的初始光分為兩部分，一部分投射到基片上，在基片內(nèi)形成所述掩模的圖像，并經(jīng)基片反射形成第一反射光，投射至分束單元；另一部分作為參考光，經(jīng)反射單元反射形成第二反射光，折返回分束單元。所述第一反射光和所述第二反射光在分束單元合束，發(fā)生干涉，經(jīng)測量單元成像、測量，能夠測量同基片中實(shí)際圖形完全一樣的圖形，提高了測量的精度，避免了光刻膠顯影等步驟，節(jié)省了光刻工藝研發(fā)的時間和成本。
[0041]本發(fā)明可以用于測量一般曝光使用的掩模，也可以用于測量用于研發(fā)的小型掩模，甚至可以用于研發(fā)進(jìn)行圖線改變成的液晶濾光片，可以在研發(fā)的過程中節(jié)省制作高精度掩模的費(fèi)用，降低了研發(fā)成本。【附圖說明】
[0042]圖1是本發(fā)明所提供測量系統(tǒng)一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖2是圖1所示測量系統(tǒng)的照明光路圖；
[0044]圖3是圖1所示測量系統(tǒng)的成像與測量光路圖；
[0045]圖4是圖1所示測量系統(tǒng)成像單元、反射單元、分束單元以及基片間的光路圖；
[0046]圖5是本發(fā)明所提供測量方法一實(shí)施例的流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0047]由【背景技術(shù)】可知，現(xiàn)有技術(shù)中，要得到某一圖形化掩模在硅片中的實(shí)際空間像需要對此掩模在給定的硅片上曝光，并且使用掃描電子顯微鏡對光刻膠中的像進(jìn)行記錄。就像傳統(tǒng)的照相機(jī)，需要先將圖像記錄在膠片上，然后再用掃描儀或者翻拍照相機(jī)將其記錄。
[0048]而現(xiàn)在的AIMS (Aerial Image Measurement System)雖然可以對給定的掩模進(jìn)行電子成像。但是這樣的成像無法在實(shí)際硅片上進(jìn)行。尤其是當(dāng)硅片上生長有多層膜或者硅片上已經(jīng)形成有一些高低錯落的圖形時，多層膜和高低錯落的圖形會使入射光發(fā)生散射， 對掩模圖形空間像的成像造成影響，使掩模圖形空間像發(fā)生圖形變形，甚至圖形缺失。這種影響是現(xiàn)在技術(shù)不可避免的。
[0049]為解決所述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種測量系統(tǒng)，包括:
[0050]照明單元，用于提供照明光，所述照明光經(jīng)過掩模后形成初始光；成像單元，用于對所述初始光進(jìn)行成像，形成成像光；分束單元，用于將所述成像光分為投影光和參考光； 所述投影光投射至基片并在基片內(nèi)形成所述掩模的圖像；所述基片用于使所述投影光反射形成第一反射光，并將所述第一反射光投射至所述分束單元；反射單元，用于接收所述參考光形成第二反射光，并將所述第二反射光投射至所述分束單元；所述第二反射光與所述第一反射光相互干涉后形成干涉光；測量單元，用于測量所述干涉光所形成的空間像。
[0051]本發(fā)明基于光學(xué)干涉原理，通過分束系統(tǒng)使部分經(jīng)過掩模的初始光投射至基片， 在基片內(nèi)形成掩模圖像，并經(jīng)過基片形成第一反射光；而另一部分初始光未經(jīng)過基片反射， 直接被反射單元反射形成第二反射光。所述第一反射光和所述第二反射光干涉成像，經(jīng)測量單元成像、測量，能夠測量同基片中實(shí)際圖形完全一樣的圖形，提高了測量的精度，避免了顯影等步驟，節(jié)省了光刻工藝研發(fā)的時間和成本。
[0052]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0053]圖1是本發(fā)明所提供測量系統(tǒng)一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0054]需要說明的是，本實(shí)施例中，所述測量系統(tǒng)測量的是所述掩模1在硅片2中所形成的空間像。在其他實(shí)施例中，還可以測量掩模在硅片之外的其他基片上所形成的空間像。
[0055]參考圖1，結(jié)合參考圖2,圖2是圖1所示的測量系統(tǒng)的照明光路圖，所述測量系統(tǒng)包括:
[0056]照明單元10,用于提供照明光100,所述照明光100經(jīng)過掩模1后形成初始光200。
[0057]具體的，所述照明單元10提供的照明光100從不同角度入射到掩模1上，因此，經(jīng)過掩模1后形成的初始光200包括有掩模1上的圖像。
[0058]需要說明的是，本實(shí)施例中，所述照明單元10包括激光光源11和照明裝置12。
[0059]具體的，采用光刻機(jī)曝光光源作為所述激光光源11，即所述激光光源11輸出的激光101與光刻機(jī)曝光采用的激光波長相同。因此在相同的照明條件下，后續(xù)測量單元中測量的空間像與在光刻膠上實(shí)際曝光，得到掩模1的圖像是相同的。
[0060]需要說明的是，本實(shí)施例中采用光刻機(jī)曝光光源作為本發(fā)明照明單元中的光源， 僅為一示例，本發(fā)明對光源的選擇不做限制，可以選擇其他光源。
[0061]所述照明裝置12使激光101形成不同角度入射到掩模上的照明光100。本實(shí)施例中，所述照明裝置12為一組透鏡，使激光101散射，形成照明光100,從不同角度入射到掩模 1上。
[0062]需要說明的是，所述照明裝置12可以采用柯勒照明原理，提供諸如部分相干照明、環(huán)形照明、以及偶極照明或四極照明，本發(fā)明對照明裝置12的選擇不做限制。
[0063]繼續(xù)參考圖1，結(jié)合參考圖2,所述測量系統(tǒng)還包括成像單元20,所述成像單元20 用于對所述初始光200進(jìn)行成像，形成成像光400。
[0064]需要說明的是，本實(shí)施例中，在所述成像單元20與所述掩模1之間，所述測量系統(tǒng)還包括第一管透鏡61和第一分束板62。需要說明的是，所述第一管透鏡光軸的方向?yàn)榈谝还廨S方向A。
[0065]具體的，所述第一管透鏡61用于會聚所述初始光200,能夠提高后續(xù)經(jīng)過成像單元20形成的成像光400的光強(qiáng)，有利于提高后續(xù)形成空間像的質(zhì)量。
[0066]所述第一分束板62,用于使第一管透鏡61會聚后的所述初始光200發(fā)生反射，形成入射光300,投射至所述成像單元20。
[0067]本實(shí)施例中，所述第一分束板62包括反射面621，所述反射面621與入射的所述初始光200呈45°，因此，經(jīng)反射面621反射形成的入射光300與入射的所述初始光200相互垂直，投射至所述成像單元20。也就是說，所述成像單元20的光軸方向?yàn)榈诙廨S方向B， 所述第二光軸方向B與所述第一光軸方向A相互垂直。由于后續(xù)所述第一分束板62還用于透射所述干涉光至所述測量單元50,測量單元50的光軸與所述第二光軸方向B重合，所述第一分束板62設(shè)置在成像單元20與所述測量單元50之間，這樣的光路設(shè)計能夠減小所述測量系統(tǒng)的長度。
[0068]所述成像單元20用于形成成像光400。本實(shí)施例中，所述成像單元20用于對所述第一分束板62反射的入射光300成像，形成成像光400,所述成像光400投射至分束單元 30。所述成像單元20包括顯微鏡鏡頭21。
[0069]需要說明的是，本實(shí)施例中成像單元20中包括顯微鏡鏡頭21僅為一示例，本發(fā)明對此不做限制，本發(fā)明其他實(shí)施例中，可以選擇其他成像元件對所述初始光進(jìn)行成像，形成所述成像光400。
[0070]還需要說明的是，所述測量系統(tǒng)量測的空間像的成像區(qū)域比實(shí)際光刻機(jī)光刻中的小，因此所述成像單元20可以采用顯微鏡鏡頭的設(shè)計，不需要類似光刻機(jī)成像鏡頭一樣的巨大體積和成本。
[0071]繼續(xù)參考圖1，同時結(jié)合參考圖2,所述測量系統(tǒng)還包括分束單元30,所述分束單元30用于將所述成像光400分為投影光500和參考光600。
[0072]結(jié)合參考圖3,所述圖3是圖1所示測量系統(tǒng)的成像與測量光路圖。具體的，所述投影光500投射至硅片2,并在硅片2內(nèi)形成所述掩模1的圖像。所述硅片2用于是所述投影光500反射形成第一反射光700,并將所述第一反射光700反射至所述分束單元30。
[0073]需要說明的是，所述測量系統(tǒng)還包括載物臺65,所述硅片2位于所述載物臺65上。 本實(shí)施例中，所述載物臺65為移動平臺，能夠有6個自由度改變硅片2的位置，所述6個自由度為沿著第二光軸B方向的平移、圍繞第二光軸方向B的轉(zhuǎn)動以及沿著垂直于第二光軸方向B的傾斜。
[0074]所述分束單元30包括第二分束板31，所述第二分束板31為半反射鏡。使所述成像光400分為投影光500和參考光600。具體的，所述第二分束板31包括反射面311，所述反射面311使一部分成像光400發(fā)生反射，形成參考光600,反射至所述反射單元40 ;所述第二分束板31剩下的成像光400發(fā)生透射，形成投影光500,投射至所述載物臺65上的硅片2上，并且所述硅片2使所述投影光500發(fā)生反射，形成第一反射光700,并將所述第一反射光700反射至所述分束元件30內(nèi)的第二分束板31。
[0075]需要說明的是，本實(shí)施例中，采用半反射鏡將所述成像光400分為投影光和參考光的設(shè)置僅為一示例，本發(fā)明對此不做限制，本發(fā)明其他實(shí)施例中還可以選擇其他分束器件是所述成像光400分為投影光和參考光。
[0076]還需要明的是，本實(shí)施例中，所述硅片2為形成有光刻膠層的硅片。結(jié)合參考圖4， 圖4示出了圖1所示測量系統(tǒng)成像單元20、分束單元30、反射單元40以及硅片2間的光路圖，圖中標(biāo)示了照明光路以及成像、測量光路。所述投影光500投射至所述硅片2中，在所述硅片2表面的光刻膠內(nèi)形成所述掩模1的圖像。由于硅片2內(nèi)已經(jīng)形成有多層膜和一些高低錯落的圖形，多層膜和高低錯落的圖形會散射入射的投影光500。
[0077]此外需要說明的是，所述測量系統(tǒng)還包括補(bǔ)償單元63,所述補(bǔ)償單元63位于所述分束單元30與所述硅片2之間，用以補(bǔ)償分束過程中所形成的像差。具體的，所述補(bǔ)償單元63包括像差補(bǔ)償透鏡，由于本實(shí)施例中，初始光200形成投影光500的過程中，經(jīng)兩次分束，在分束過程中會有像差產(chǎn)生，為了使所述光刻膠內(nèi)形成的圖形與所述掩模1內(nèi)的圖形盡量接近，因此本實(shí)施例中在所述投影光500投射至硅片2之前的光路中，設(shè)置有像差補(bǔ)償透鏡，以補(bǔ)償分束過程中形成的像差。但是本發(fā)明對是否設(shè)置所述補(bǔ)償透鏡不作限制。
[0078]繼續(xù)參考圖1，結(jié)合參考圖2和圖3,所述測量系統(tǒng)還包括反射單元40,用于接收所述參考光600,使參考光600發(fā)生反射形成第二反射光800。
[0079]具體的，所述反射單元40包括平面鏡41，所述平面鏡41與所述第二分束板31平行設(shè)置，且平面鏡41的反射面與所述第二分束板31的反射面311相對。所述投影光500 入射到所述第二分束板31的反射面311上后，一部分投影光500被反射面311反射至所述平面鏡41，形成參考光600。所述平面鏡41反射所述參考光600,形成第二反射光800,并使所述第二反射光800投射至所述分束單元30內(nèi)的第二分束板31。
[0080]所述第二反射光800與所述第一反射光700均被投射至所述分束單元30內(nèi)的第二分束板31。所述第二反射光800與所述第一反射光700發(fā)生相互干涉，形成干涉光1000。
[0081]需要說明的是，所述干涉光1000的成像與光刻膠中的實(shí)際成像是完全一樣的，因?yàn)楣饪棠z內(nèi)所述掩模1的圖像是由從上向下入射投影光500和從下向上的散射光相干涉形成的。而由所述硅片2反射所述投影光500而形成的第一反射光700,僅僅是由光刻膠內(nèi)從下向上的散射光構(gòu)成，而不包括從上向下的入射光投影光500。因此僅僅第一反射光700 的成像，不能得到光刻膠內(nèi)所述掩模1的完整圖形，會出現(xiàn)圖像變形甚至缺失。而所述第二反射光800僅僅經(jīng)過反射單元20內(nèi)的平面鏡41反射，未經(jīng)過硅片2的反射，與所述投影光 500是一樣的。因此所述第二反射光800與所述第一反射光700的相互干涉，與所述娃片2 內(nèi)所述投影光500與所述散射光的相互干涉是一樣的。所以干涉光1000的成像與光刻膠中的實(shí)際成像是完全一樣的。
[0082]還需要說明的是，為了得到更高的成像質(zhì)量，本實(shí)施例中，在所述硅片2和所述分束單元30之間還設(shè)置有光闌64,用以遮擋雜散光。
[0083]繼續(xù)參考圖1，結(jié)合參考圖3,所述測量系統(tǒng)還包括測量單元50,用于測量所述干涉光1000所形成的空間像。
[0084]需要說明的是，所述硅片2使所述投影光500發(fā)生反射，形成第一反射光700,并將所述第一反射光700反射至所述分束單元30內(nèi)的第二分束板31 ;所述平面鏡41反射所述參考光600,形成第二反射光800,并使所述第二反射光800投射至所述分束單元30內(nèi)的第二分束板31。因此，所述第二分束板31還用于使第二反射光800反射至測量單元50,并且使所述第一反射光700也投射至測量單元50。
[0085]具體的，所述測量單元50包括:
[0086]第二管透鏡51，用于會聚所述干涉光1000,所述測量單元50測量所述第二管透鏡會聚后的干涉光1000所形成的空間像。采用會聚后的干涉光1000形成的空間像進(jìn)行測量， 有利于提高空間像的質(zhì)量、提高測量的精度以及降低測量的難度。
[0087]圖像傳感器52,用于采集第二管透鏡51會聚后的干涉光1000所形成的空間像。 具體的，所述圖像傳感器52可以是電荷親合元件陣列(Charge Coupled Device，CCD)或者互補(bǔ)型金屬-氧化物_半導(dǎo)體傳感器陣列(Complementary Metal Oxide Semiconductor， CM0S)等。具體的，本實(shí)施例中，所述圖像傳感器52為紫外增強(qiáng)電荷耦合元件陣列。
[0088]需要說明的是，為了提高成像質(zhì)量，在位于所述第二管透鏡51和所述圖像傳感器 52之間，本實(shí)施例中，還設(shè)置有快門53,用于控制所述干涉光1000投射在所述圖像傳感器 52上的曝光量。
[0089]還需要說明的是，本實(shí)施例中，所述測量系統(tǒng)量測掩模1在所述硅片2內(nèi)所形成的空間像，僅為一示例，在本發(fā)明其他實(shí)施例中，所述測量系統(tǒng)還可以用以量測用于研發(fā)的小型掩模的成像，甚至可以用以量測圖像編程的液晶濾光片的成像。本發(fā)明對所述掩模1以及所述硅片2不做任何限制。
[0090]進(jìn)一步需要說明的是，所述測量系統(tǒng)用于量測所述掩模1在所述硅片2中的成像， 可以用以確認(rèn)設(shè)計規(guī)則，可以用以確認(rèn)圖像所具有的對比度、焦深等工藝窗口，也可以用以確認(rèn)掩模的性能和品質(zhì)。
[0091]綜上，本發(fā)明通過利用光學(xué)干涉成像的方法，本發(fā)明基于光學(xué)干涉原理，通過分束系統(tǒng)使部分經(jīng)過掩模的初始光投射至基片，在基片內(nèi)形成掩模圖像，并經(jīng)過基片形成第一反射光；而另一部分初始光未經(jīng)過基片反射，直接被反射單元反射形成第二反射光。所述第一反射光和所述第二反射光干涉成像，經(jīng)測量單元成像、測量，能夠測量同基片中實(shí)際圖形完全一樣的圖形，提高了測量的精度，避免了顯影等步驟，節(jié)省了光刻工藝研發(fā)的時間和成本。
[0092]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種測量方法用于測量掩模在基片中的空間像，其特征在于包括:
[0093]提供照明光，所述照明光經(jīng)過掩模形成初始光；對所述初始光進(jìn)行成像，形成成像光；將所述成像光分為投影光和參考光；所述投影光透射至基片，并在基片內(nèi)形成所述掩模的圖像，所述投影光經(jīng)所述基片反射形成第一反射光；反射所述參考光，形成第二反射光；所述第二反射光和所述第一反射光合束相互干涉，形成干涉光；測量所述干涉光形成的空間像。
[0094]需要說明的是，本測量方法，用以測量掩模在硅片中的空間成像，本實(shí)施例中，所述硅片表面形成有光刻膠等
[0095]參考圖5,示出了本發(fā)明所提供測量方法一實(shí)施例的流程圖。
[0096]步驟S1，提供照明光，所述照明光從不同角度入射到掩模上，經(jīng)過掩模形成初始光。
[0097]具體的，所述照明光為所述測量方法成像提供光源。本實(shí)施例中，采用與光刻機(jī)曝光一樣的激光提供照明光。因此在相同的照明條件下，后續(xù)測量單元中測量的空間像與在光刻膠上實(shí)際曝光，得到的圖像是相同的。因此，所述激光經(jīng)過散射，形成照明光入射到掩模上。經(jīng)過掩模的初始光，包括有掩模的圖像。
[0098]步驟S2,對所述初始光成像，形成成像光。
[0099]由于所述測量方法所量測的區(qū)域比光刻中的小，因此可以采用顯微鏡鏡頭對所述初始光成像，不需要光刻機(jī)成像鏡頭一樣的巨大體積和成本。
[0100]需要說明的是，在形成所述初始光的步驟之后，對所述初始光進(jìn)行成像的步驟之前，所述測量方法還包括會聚所述初始光，從而提高成像質(zhì)量。
[0101]步驟S3,將所述成像光分為投影光和參考光。具體的，本實(shí)施例中采用半透半反射鏡對所述成像光進(jìn)行分束，使成像光分成投影光和參考光。
[0102]步驟S4,投影光在硅片內(nèi)成像，形成第一反射光；具體地說，所述投影光投射至硅片，用以在硅片內(nèi)形成所述掩模的圖像；所述硅片使所述投影光反射，形成第一反射光。
[0103]本實(shí)施例中，所述半反射鏡使投射部分所述成像光，形成投影光，所述投影光投射到硅片上，在硅片表面的光刻膠內(nèi)形成所述掩模的圖形。
[0104]需要說明的是，本實(shí)施例中，所述硅片內(nèi)已經(jīng)形成有多個膜層，以及一些高低起伏的圖形。硅片內(nèi)的多層膜和圖形會散射入射的投影光。因此所述光刻膠內(nèi)所形成的掩模的圖形是有從上向下入射的投影光和從下向上的反射的散射光相干涉形成的。
[0105]需要說明的是，在將所述成像光分為投影光和參考光的步驟之后，在所述投影光投射到所述硅片的步驟之前，所述測量方法還包括對所述投影光進(jìn)程像差補(bǔ)償，以去除在分束過程中所產(chǎn)生的像差。本實(shí)施例中，采用像差補(bǔ)償透鏡補(bǔ)償去除所述像差。
[0106]繼續(xù)參考圖5,在所述投影光投射至所述硅片成像的同時，執(zhí)行步驟S5,反射參考形成第二反射光。
[0107]具體的，本實(shí)施例中，采用平面鏡反射所述參考光，形成第二反射光。
[0108]步驟S6,所述使所述第二反射光和所述第一反射光合束相互干涉，形成干涉光。
[0109]需要說明的是，為了提高后續(xù)成像的質(zhì)量、測量的進(jìn)度，在形成所述第一反射光的步驟之后，所述第一反射光和所述第二反射光合束相互干涉的步驟之前，所述測量方法還包括:去除所述第一反射光中雜散光。
[0110]所述第二反射光僅經(jīng)過兩次反射，因此所述第二反射光與入射到硅片上的投影光是一樣的。因此所述第二反射光和第一反射光的相互干涉與光刻膠內(nèi)投影光和散射光的相互干涉是一樣的。所以，所述干涉光的成像與光刻膠中的實(shí)際成像是完全一致的。
[0111]繼續(xù)參考圖5,在形成干涉光之后，執(zhí)行步驟S7,對干涉光進(jìn)行成像、測量。
[0112]可以采用圖像傳感器對所述干涉光進(jìn)行成像、測量。具體的，所述圖像傳感器可以是CO)陣列(Charge Coupled Device, CO))或者CMOS陣列等。本實(shí)施例中，所述圖像傳感器為紫外增強(qiáng)C⑶陣列。
[0113]需要說明的是，本實(shí)施例中，采用管透鏡對所述干涉光進(jìn)行成像，以提高成像質(zhì)量。并且在圖像傳感器之前設(shè)置有快慢裝置，以控制所述干涉光在所述CCD陣列上的曝光量，以進(jìn)一步提高成像質(zhì)量。
[0114]還需要說明的是，本實(shí)施例中，所述測量方法量測掩模在硅片內(nèi)所形成空間像，僅為一示例，在本發(fā)明其他實(shí)施例中，所述測量方法還可以用以量測用于研發(fā)的小型掩模的成像，甚至可以用以量測圖像編程的液晶濾光片的成像，本發(fā)明對此不做任何限制。
[0115]進(jìn)一步，所述測量方法用于量測掩模在硅片內(nèi)的成像，可以用以確認(rèn)設(shè)計規(guī)則，可以用以確認(rèn)圖像所具有的對比度、焦深等工藝窗口，也可以用以去人掩模的性能和品質(zhì)。
[0116]本發(fā)明所提供的測量方法，可以但不限于采用上述測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
[0117]綜上，利用光學(xué)干涉成像原理，本發(fā)明所提供的測量方法，通過對成像光的分束， 是使經(jīng)過掩模的初始光分為兩部分，一部分投射到基片上，在基片內(nèi)形成所述掩模的圖像， 并經(jīng)基片反射形成第一反射光，另一部分作為參考光，直接反射形成第二反射光，所述第一反射光和第二反射光經(jīng)合束干涉，形成干涉光，對干涉光成像、測量，能夠測量同基片中實(shí)際圖形完全一樣的圖形，提高了測量的精度，避免了光刻膠顯影等步驟，節(jié)省了光刻工藝研發(fā)的時間和成本。
[0118]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種測量系統(tǒng)，用于測量掩模在基片中的空間像，其特征在于，所述測量系統(tǒng)包括:照明單元，用于提供照明光，所述照明光經(jīng)過掩模后形成初始光；成像單元，用于對所述初始光進(jìn)行成像，形成成像光；分束單元，用于將所述成像光分為投影光和參考光；所述投影光投射至基片并在基片 內(nèi)形成所述掩模的圖像；所述基片用于使所述投影光反射形成第一反射光，并將所述第一 反射光投射至所述分束單元；反射單元，用于接收所述參考光形成第二反射光，并將所述第二反射光投射至所述分 束單元；所述第二反射光與所述第一反射光相互干涉后形成干涉光；測量單元，用于測量所述干涉光所形成的空間像。2.如權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測量系統(tǒng)還包括:第一管透鏡，用 于會聚所述初始光，所述成像單元用于對第一管透鏡會聚后的初始光進(jìn)行成像。3.如權(quán)利要求2所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測量系統(tǒng)還包括:第一分束板，用 于使第一管透鏡會聚后的所述初始光反射至所述成像單元，還用于將所述干涉光透射至所 述測量單元。4.如權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述分束單元包括:第二分束板，用于 使經(jīng)反射單元形成的所述第二反射光反射至所述測量單元，還用于將基片形成的所述第一 反射光透射至所述測量單元。5.如權(quán)利要求4所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述反射單元包括平面鏡，所述平面鏡 與所述第二分束板平行設(shè)置。6.如權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測量系統(tǒng)還包括:補(bǔ)償單元，位于 所述分束單元與所述基片之間，用以補(bǔ)償分束過程中形成的像差。7.如權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測量系統(tǒng)還包括:光闌，設(shè)置于第 一反射光光路上，用于遮擋雜散光。8.如權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述照明單元包括激光光源，所述激光 光源用于產(chǎn)生與光刻機(jī)曝光相同波長的光。9.如權(quán)利要求8所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述照明單元還包括照明裝置，所述照 明裝置用于使所述激光光源產(chǎn)生的平行光形成不同角度入射到掩模上的照明光。10.如權(quán)利要求9所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述照明裝置為部分相干照明、環(huán)形 照明、偶極照明或四極照明。11.如權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述成像單元包括顯微鏡鏡頭。12.如權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測量單元包括:第二管透鏡，用于會聚所述干涉光；圖像傳感器，用于采集第二管透鏡會聚后的干涉光所形成的空間像。13.如權(quán)利要求12所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測量單元還包括:位于所述第 二管透鏡和所述圖像傳感器之間的快門，用于控制所述干涉光投射在圖像傳感器上的曝光量。14.如權(quán)利要求13所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像傳感器為電荷耦合陣列或 者互補(bǔ)型金屬-氧化物-半導(dǎo)體光傳感器陣列。15.如權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測量系統(tǒng)還包括載物臺，用于放置基片，所述載物臺為移動平臺。16.—種測量方法，用于測量掩模在基片中的空間像，其特征在于，包括:提供照明光，所述照明光經(jīng)過掩模形成初始光；對所述初始光進(jìn)行成像，形成成像光；將所述成像光分為投影光和參考光；所述投影光透射至基片，并在基片內(nèi)形成所述掩模的圖像，所述投影光經(jīng)所述基片反 射形成第一反射光；反射所述參考光，形成第二反射光；所述第二反射光和所述第一反射光合束相互干涉，形成干涉光；測量所述干涉光形成的空間像。17.如權(quán)利要求16所述的測量方法，其特征在于，形成所述初始光的步驟之后，對所述 初始光進(jìn)行成像形成成像光的步驟之后，所述測量方法還包括會聚所述初始光進(jìn)行成像。18.如權(quán)利要求16所述的測量方法，其特征在于，在將所述成像光分為投影光和參考 光的步驟之后，在所述投影光投射到所述基片的步驟之前，所述測量方法還包括對所述投 影光進(jìn)行像差補(bǔ)償，以去除在分束過程中所產(chǎn)生的像差。19.如權(quán)利要求16所述的測量方法，其特征在于，形成所述第一反射光的步驟之后，所 述第一反射光與所述第二反射光合束相互干涉的步驟之前，所述測量方法還包括:去除所 述第一反射光中的雜散光。20.如權(quán)利要求16所述的測量方法，其特征在于，所述提供照明光的步驟包括，所述照 明光與光刻機(jī)曝光采用的光具有相同波長。
【文檔編號】G03F7/20GK105988297SQ201510046870
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月29日
【發(fā)明人】伍強(qiáng), 蔣運(yùn)濤
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司