本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造與檢測，具體為一種基于角分辨散射儀的套刻誤差測量系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
1、隨著集成電路制造中光刻工藝特征尺寸不斷減小，對套刻誤差指標(biāo)的要求逐步提升，對具有亞納米精度的套刻誤差測量系統(tǒng)與方法有極為迫切的需求。套刻誤差指的是曝光時芯片中相鄰電路層之間的對準(zhǔn)偏差。套刻誤差的快速測量與精確評估，是光刻機(jī)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化與工藝良率管理的關(guān)鍵。
2、目前，常見的套刻誤差測量方法包括基于圖像的套刻誤差測量方法(image?basedoverlay，ibo)和基于光學(xué)衍射的套刻誤差測量方法(diffraction?based?overlay，dbo)。ibo測量技術(shù)利用具有圖像識別和測量功能的高分辨率明場光學(xué)顯微鏡，通過測量專門設(shè)計的套刻標(biāo)記中圖形位置的偏差來實(shí)現(xiàn)套刻誤差的測量。dbo測量技術(shù)中的套刻標(biāo)記為專門設(shè)計的納米光柵結(jié)構(gòu)，通過測量套刻標(biāo)記的衍射信號，如光譜或角分辨譜等，通過一定的方法提取套刻誤差。相比ibo技術(shù)，dbo技術(shù)不受衍射極限以及工具引起的偏移等的限制，逐漸成為先進(jìn)節(jié)點(diǎn)中套刻誤差測量的主要手段。光學(xué)散射測量方法通過匹配或擬合樣品散射場的光強(qiáng)或反射率與模型生成的散射場信息，可以獲得納米結(jié)構(gòu)形貌參數(shù)等信息。該技術(shù)具有低成本、非破壞、高效率等優(yōu)點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于角分辨散射儀的套刻誤差測量系統(tǒng)和方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于角分辨散射儀的套刻誤差測量系統(tǒng)，包括計算機(jī)控制和處理系統(tǒng)、光源與待測樣品，所述光源的軸線與待測樣品軸線垂直設(shè)置，
3、沿所述光源照射方向依次設(shè)置有準(zhǔn)直透鏡、偏振片、一號光闌、一號中繼透鏡組和一號分光棱鏡，一號光闌放置于顯微物鏡后焦面共軛面位置；
4、所述待測樣品設(shè)置與一號分光棱鏡同軸的位置，所述一號分光棱鏡與待測樣品之間設(shè)有顯微物鏡；
5、所述一號分光棱鏡遠(yuǎn)離顯微物鏡的方向依次設(shè)置有二號中繼透鏡組、二號光闌、二號分光棱鏡；
6、所述二號分光棱鏡將包含待測樣品信息的出射光分為兩路，分別由一號面陣ccd相機(jī)直接和經(jīng)過成像透鏡被二號面陣ccd相機(jī)接收；所述一號面陣ccd相機(jī)和二號面陣ccd相機(jī)均與計算機(jī)控制和處理系統(tǒng)通信連接，其中，一號面陣ccd相機(jī)對應(yīng)主光路，采集的是瞳面像；二號面陣ccd相機(jī)對應(yīng)輔助光路，采集的是空間像，設(shè)置兩個相機(jī)用于實(shí)現(xiàn)待測套刻標(biāo)記和探測光斑相對空間位置的實(shí)時調(diào)控；收集正負(fù)一級光強(qiáng)差用于分析套刻誤差。
7、作為優(yōu)選，所述光源為超連續(xù)激光白光光源。
8、作為優(yōu)選，所述偏振片位于準(zhǔn)直透鏡和一號光闌之間，用于對入射的平行光束進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)控。
9、作為優(yōu)選，所述一號光闌與二號光闌孔徑大小和方位均為可動態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)置，所述一號光闌用于控制照射到樣品上的光斑大小和角度，所述二號光闌用于控制特定級次衍射光的透過。
10、作為優(yōu)選，所述一號中繼透鏡組和二號中繼透鏡組均由兩組雙膠合球面透鏡組成，所述一號中繼透鏡組的焦距比用于改變?nèi)肷涔饴返目s放倍率，結(jié)合光纖芯徑、準(zhǔn)直透鏡和顯微鏡物鏡倍率，用于實(shí)現(xiàn)對探測光斑尺寸的控制。
11、作為優(yōu)選，所述一號分光棱鏡與二號分光棱鏡的分光比均為：。
12、作為優(yōu)選，所述顯微物鏡為高數(shù)值孔徑的顯微物鏡，用于收集大入射角范圍內(nèi)的散射光場。
13、作為優(yōu)選，所述待測樣品置于可x-y-z三軸移動的位移臺上，在垂直于光軸前提下保證其在探測光斑范圍內(nèi)且處于顯微物鏡焦點(diǎn)位置。
14、一種基于角分辨散射儀的套刻誤差測量方法，包括以下步驟：
15、s1、通過計算機(jī)控制和處理系統(tǒng)控制兩個面陣ccd相機(jī)采集圖像；
16、s2、一號面陣ccd相機(jī)與二號面陣ccd相機(jī)采集瞳面像和空間像后，反饋到計算機(jī)控制和處理系統(tǒng)；
17、s3、計算機(jī)控制和處理系統(tǒng)根據(jù)測量得到的散射光信息建立系統(tǒng)仿真模型；
18、s4、在驗(yàn)證仿真模型的合理性后，對套刻誤差進(jìn)行仿真計算。
19、作為優(yōu)選，所述系統(tǒng)仿真模型是基于正負(fù)一級光強(qiáng)差與套刻誤差在一定范圍內(nèi)近似成線性關(guān)系的基本原理，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練學(xué)習(xí)正負(fù)一級光強(qiáng)差和套刻誤差之間的關(guān)系，該模型的具體操作步驟包括；
20、1)、制作數(shù)據(jù)集，通過實(shí)驗(yàn)收集一定數(shù)量的正負(fù)一級光強(qiáng)差和套刻誤差的數(shù)據(jù)樣本；
21、2)、進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、去除異常值、歸一化等操作，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性；
22、3)、網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練階段，將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)樣本輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練；
23、4)、訓(xùn)練結(jié)束后，使用均方誤差評估神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；
24、5)、根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)測量的正負(fù)一級光強(qiáng)差和訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，預(yù)測套刻誤差的值。
25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：利用角分辨散射儀測量技術(shù)低成本、非破壞、高效率等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計了一種基于角分辨散射儀的套刻誤差測量系統(tǒng)。并且基于正負(fù)一級光強(qiáng)差與套刻誤差在一定范圍內(nèi)近似成線性關(guān)系的基本原理，訓(xùn)練了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。通過測量得到的散射光光強(qiáng)信息和訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到預(yù)測的套刻誤差。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出的方法和系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效率、高精度以及低成本的套刻誤差測量需求。
1.一種基于角分辨散射儀的套刻誤差測量系統(tǒng)，包括計算機(jī)控制和處理系統(tǒng)(15)、光源(1)與待測樣品(8)，所述光源(1)的軸線與待測樣品(8)軸線垂直設(shè)置，其特征在于：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于角分辨散射儀的套刻誤差測量系統(tǒng)，其特征在于：所述光源(1)為超連續(xù)激光白光光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于角分辨散射儀的套刻誤差測量系統(tǒng)，其特征在于：所述偏振片(3)位于準(zhǔn)直透鏡2和一號光闌4之間，用于對入射的平行光束進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)控。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于角分辨散射儀的套刻誤差測量系統(tǒng)，其特征在于：所述一號光闌(4)與二號光闌(10)孔徑大小和方位均為可動態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)置，所述一號光闌4用于控制照射到樣品上的光斑大小和角度，所述二號光闌10用于控制特定級次衍射光的透過。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于角分辨散射儀的套刻誤差測量系統(tǒng)，其特征在于：所述一號中繼透鏡組(5)和二號中繼透鏡組(9)均由兩組雙膠合球面透鏡組成，所述一號中繼透鏡組5的焦距比用于改變?nèi)肷涔饴返目s放倍率，結(jié)合光纖芯徑、準(zhǔn)直透鏡和顯微鏡物鏡倍率，用于實(shí)現(xiàn)對探測光斑尺寸的控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于角分辨散射儀的套刻誤差測量系統(tǒng)，其特征在于：所述一號分光棱鏡(6)與二號分光棱鏡(11)的分光比均為50：50。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于角分辨散射儀的套刻誤差測量系統(tǒng)，其特征在于：所述顯微物鏡(7)為高數(shù)值孔徑的顯微物鏡，用于收集大入射角范圍內(nèi)的散射光場。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于角分辨散射儀的套刻誤差測量系統(tǒng)，其特征在于：所述待測樣品(8)置于可x-y-z三軸移動的位移臺上，在垂直于光軸前提下保證其在探測光斑范圍內(nèi)且處于顯微物鏡焦點(diǎn)位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于角分辨散射儀的套刻誤差測量方法，其特征在于：包括以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于角分辨散射儀的套刻誤差測量方法，其特征在于：所述系統(tǒng)仿真模型是基于正負(fù)一級光強(qiáng)差與套刻誤差在一定范圍內(nèi)近似成線性關(guān)系的基本原理，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練學(xué)習(xí)正負(fù)一級光強(qiáng)差和套刻誤差之間的關(guān)系，該模型的具體操作步驟包括；