CN106154765B - 套刻测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种套刻测量装置，包括：照明单元，适于产生照射光，对晶圆上形成的第一套刻标记进行照明，第第一套刻标记在被照亮时产生反射光；第一测量单元，适于接收第一套刻标记产生的反射光，使接收的反射光产生横向偏移剪切干涉形成干涉光，并接收干涉光成第一图像，并根据第一图像判断套刻是否存在偏移，以及获得套刻的偏移量。本发明的装置提高了套刻测量的精度。

Description

套刻测量装置
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种套刻测量装置。
背景技术
光刻是集成电路制作的主要工艺，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。
现有的光刻工艺一般是通过光刻装置进行，现有的光刻装置一般包括：晶圆载物台，用于装载晶圆；掩膜版载物台，位于晶圆载物台上方，用于装载掩膜版；光源，位于掩膜版载物台上方，用于提供曝光光线；光学投影单元，位于掩膜版载物台和晶圆载物台之间，用于将透过掩膜版的光投射到晶圆上。
在进行曝光工艺需要进行套刻(overlay)测量，判断当前层与前层是否对准，以保证当前层形成的图形与前层形成的图形的对准。
现有的套刻测量包括基于图形的套刻测量技术(image-based overlay，IBO)和基于衍射的套刻测量技术(diffraction-based overlay，DBO)。由于明场探测容易受到硅片衬底上各种缺陷的影响(例如衬底上的粗糙背景、套刻记号在化学机械平坦化工艺下的变形等)，基于图形的套刻测量技术(IBO)已不能满足新的工艺节点对套刻测量的要求，基于衍射的套刻测量技术(DBO)正逐步成为套刻测量的主要手段。
基于衍射的套刻测量技术(DBO)通过测量套刻标记衍射光角分辨率中正负衍射级间光强的非对称性得到套刻误差。
虽然基于衍射的套刻测量技术(DBO)可以判断套刻测量是否存在偏移，但是难以获得套刻偏移的具体值。
发明内容
本发明解决的问题是提高套刻测量的精度。
为解决上述问题，本发明提供一种套刻测量装置，包括：
照明单元，适于产生照射光，对晶圆上形成的第一套刻标记进行照明，第第一套刻标记在被照亮时产生反射光；
第一测量单元，适于接收第一套刻标记产生的反射光，使接收的反射光产生横向偏移剪切干涉形成干涉光，并接收干涉光成第一图像，并根据第一图像判断套刻是否存在偏移，以及获得套刻的偏移量。
可选的，所述套刻测量装置还包括第二测量单元和第三测量单元，所述晶圆上形成有第二套刻标记和第三套刻标记，照明单元对第二套刻标记进行照明，第二套刻标记产生反射光，所述第二测量单元适于接收第二套刻标记产生的反射光并成第二图像，并根据第二图像判断套刻是否存在偏移，所述照明单元对第三套刻标记，所述第三套刻标记产生正负衍射光，所述第三测量单元接收第三套刻标记产生的正负衍射光呈第三图像，并根据第三图像判断套刻是否存在偏移。
可选的，还包括：第一光轴和与第一光轴垂直相交的第二光轴，位于第一光轴上的第一分束板，所述第一分束板具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，位于第一光轴和第二光轴交点处的第二分束板，所述第二分束板具有第三表面和与第三表面相对的第四表面，第一分束板与第一光轴的角度为45度，所述第二分束板和第一分束板延长线的夹角为90度，且第二分束板的第三表面与第一分束板的第二表面相对。
可选的，所述第二测量单元位于第二分束板第四表面一侧的第一光轴上，部分反射光穿过第一分束板和第二分束板后被第二测量单元接收。
可选的，所述第二测量单元包括第二成像透镜和基于图像的成像单元，所述第二成像透镜位于第二分束板的第四表面一侧的第一光轴上，所述基于图像的成像单元位于第二成像透镜的远离第二分束板一侧的第一光轴上，所述第二成像透镜将透过第二分束板后的部分反射光聚焦在基于图像的成像单元，基于图像的成像单元接收经第二成像透镜汇聚后的反射光成第二图像，并根据第二图像判断套刻是否存在偏移。
可选的，所述第三测量单元位于第二分束板的第三表面一侧的第二光轴上，部分正负衍射光穿过第一分束板后，在第二分束板的第三表面反射后被第三测量单元接收。
可选的，所述第三测量单元和第二分束板之间的第二光轴上还具有接力透镜单元，所述接力透镜单元包括第一接力透镜和第二接力透镜，第一接力透镜与第二分束板的距离小于第二接力透镜与第二分束板的距离，且第一接力透镜和第二接力透镜具有共同的焦点。
可选的，所述第三测量单元包括第三成像透镜和基于衍射的成像单元，所述第三成像透镜位于接力透镜单元的远离第二分束板一侧的第二光轴上，所述基于衍射的成像单元位于第三成像透镜远离第二分束板一侧的第二光轴上，所述第三成像透镜将经过接力透镜单元输出的正负衍射光聚焦在基于衍射的成像单元上，基于衍射的成像单元接收经第三成像透镜汇聚后的部分正负衍射光成第三图像，并根据第三图像判断套刻是否存在偏移。
可选的，所述第一测量单元位于接力透镜单元和第三测量单元之间，所述第一测量单元包括透明分束板和干涉仪成像单元，所述透明分束板位于接力透镜单元和第三测量单元之间的第二光轴上，所述透明分束板包括第五表面和与第五表面相对的第六表面，所述透明分束板的第五表面与第二分束板的第三表面相对，所述透明分束板与第二分束板延长线的夹角为90°，所述干涉仪成像单元位于透明分束板的第五表面下方。
可选的，所述第一测量单元还包括第三驱动单元，所述第三驱动单元与干涉仪成像单元连接，适于驱动所述干涉仪成像单元远离或者靠近所述透明分束板的第五表面。
可选的，所述透明分束板的第五表面和第六表面之间具有楔角。
可选的，所述经过接力透镜输出的部分反射光在透明分束板的第五表面和第六表面反射，第五表面和第六表面反射的两反射光产生横向剪切干涉后被干涉仪成像单元接收成第一图像，并根据第一图像判断套刻是否存在偏移，以及获得套刻的偏移量。
可选的，还包括：第三光轴和第一成像透镜，所述第三光轴与第一光轴垂直相交，第一分束板位于第一光轴和第三光轴的交点处，所述照明单元位于第一分束板的第一表面的一侧的第三光轴上，所述第一成像单元位于第一分束板的第一表面下方的第一光轴上，照明单元产生的照射光被第一分束板的第一表面反射后经过第一成像透镜后照亮套刻标记。
可选的，所述照明单元包括依次位于第三光轴上的光源、扩束透镜、第一光阑和第一聚光透镜，所述光源适于产生点光源，所述扩束透镜适于将点光源转为平行光，所述第一光阑适于限制光束，所述第一聚光透镜适于将经过第一光阑后的光转化为平行光。
可选的，所述照明单元还包括第二驱动单元、第二光阑和第二聚光透镜，所述第二光阑位于第一聚光透镜和第一分束板之间，所述第二聚光透镜位于第二光阑和第一分束板之间，所述第二光阑适于限制经过第一聚光透镜后的光束大小，所述第二聚光透镜适于将经过第二光阑后的光汇聚在第一分束板的第一表面后聚焦在第一成像透镜的后焦面上，所述第二驱动单元与第二光阑相连接，适于驱动所述第二光阑沿与第三光轴垂直的方向移动，以改变经过第二光阑后的光的入射方向。
可选的，所述第一套刻标记为光栅式的套刻标记，所述第一套刻标记包括位于下层介质层中的第一光栅和位于上层介质层中的第二光栅，上层介质层位于下层介质层上，所述第二光栅位于第一光栅的斜上方。
可选的，第一测量单元成的第一图像包括第一横向剪切干涉条纹和第二横向剪切干涉条纹，所述第一测量单元判断套刻是否存在偏移的过程为：照明单元先后分别对第一套刻标记中的第一光栅和第二光栅进行照明，所述第一测量单元接收第一光栅产生的部分第一反射光，使接收的第一反射光产生横向偏移剪切干涉形成第一横向剪切干涉条纹，所述第一测量单元接收第二光栅产生的部分第二反射光，使接收的第二反射光产生横向偏移剪切干涉形成第二横向剪切干涉条纹，第一测量单元通过第一横向剪切干涉条纹获得第一光栅相对于第一光轴的第一偏移量，所述第一测量单元通过第二横向剪切干涉条纹获得第二光栅相对于第一光轴的第二偏移量，第一测量单元通过第一偏移量和第二偏移量的差值的绝对值判断是否存在套刻偏移以及套刻偏移量的大小。
可选的，所述第一光栅包括若干平行的第一光栅条，所述第二光栅包括若干平行的第二光栅条，第一光栅条和第二光栅条的排布方向相同。
可选的，所述第二套刻标记与第一套刻标记的结构相同或不同，所述第三套刻标记与第一套刻标记的结构相同或不相同，所述第二套刻标记与第一套刻标记的结构相同时，第二测量单元成的第二图像为第一光栅实像和第二光栅实像，所述第二测量单元判断套刻是否存在偏移的过程为：第二测量单元通过测量第一光栅实像的中心位置和第二光栅实像的中心位置的位置差异判断套刻是否存在偏移。
可选的，所述第三套刻标记包括位于下层介质层中的第三光栅和位于上层介质层中的第四光栅，所述上层介质层位于下层介质层表面上，所述第四光栅位于第三光栅的正上方，第三光栅包括若干平行排布的第三光栅条，第四光栅包括若干平行排布的第四光栅条，每个第四光栅条位于对应的第三光栅条正上方，且第四光栅条的宽度小于第三光栅条的宽度，在进行套刻测量时，照明单元同时照明由第三光栅和第四光栅组成的第三套刻标记，第三测量单元接收由第三套刻标记发出的正负衍射光，第三测量单元根据正负衍射光的强弱差异判断套刻是否存在差异。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明的套刻测量装置中包括第一测量单元，第一测量单元适于接收第一套刻标记产生的反射光，使接收的反射光产生横向偏移剪切干涉形成干涉光，并接收干涉光成第一图像，并根据第一图像判断套刻是否存在偏移，以及获得套刻的偏移量，不仅可以判断套刻是否有偏移，而且可以获得套刻的偏移量。通过横向剪切的原理，建立套刻偏移量与横向剪切后的光强、第一套刻标记中的光栅缝数和光栅周期，以及与照明光的波长，第一成像透镜的焦距，剪切量之间的联系，由于第一套刻标记中的光栅缝数和光栅周期，以及照明光的波长，第一成像透镜的焦距，剪切量都是已知的，第一测量单元进行第一套刻标记的检测时，只需要获得横向剪切后的光强大小即可以获得套刻的偏移量，从而可以精确的判断套刻是否发生偏移以及套刻偏移量的大小。
进一步，本发明的套刻测量装置中还包括第二测量单元和第三测量单元，可以通过不同的方式对相应的第二套刻标记和第三套刻标记进行测量，实现了对不同类型的套刻标记的检测，增大了套刻测量装置的应用场合。
进一步，所述第一套刻标记为光栅式的套刻标记，所述第一套刻标记包括位于下层介质层中的第一光栅和位于上层介质层中的第二光栅，上层介质层位于下层介质层上，所述第二光栅位于第一光栅的斜上方，第一测量单元通过分别测量第一光栅和第二光栅对应的光强可以获得第一光栅相对于第一光轴的第一偏移量和第二光栅相对于第二光轴的第二偏移量，第一测量单元通过第一偏移量和第二偏移量的差值的绝对值判断是否存在套刻偏移以及套刻偏移量的大小。
进一步，所述第三套刻标记包括位于下层介质层中的第三光栅和位于上层介质层中的第四光栅，所述上层介质层位于下层介质层表面上，所述第四光栅位于第三光栅的正上方，第三光栅包括若干平行排布的第三光栅条，第四光栅包括若干平行排布的第四光栅条，每个第四光栅条位于对应的第三光栅条正上方，且第四光栅条的宽度小于第三光栅条的宽度，第三测量单元判断套刻是否存在偏移的过程为：照明单元照明由第三光栅和第四光栅组成的第三套刻标记，第三测量单元接收由第三套刻标记发出的正负衍射光，第三测量单元根据正负衍射光的强弱差异判断套刻是否存在差异。
进一步，所述照明单元还包括第二驱动单元、第二光阑和第二聚光透镜，所述第二光阑位于第一聚光透镜和第一分束板之间，所述第二聚光透镜位于第二光阑和第一分束板之间，所述第二光阑适于限制经过第一聚光透镜后的光束大小，所述第二聚光透镜适于将经过第二光阑后的光汇聚在第一分束板的第一表面后聚焦在第一成像透镜的后焦面上，所述第二驱动单元与第二光阑相连接，适于驱动所述第二光阑移动，以改变经过第二光阑后的光的入射方向，所述光源、第一光阑、扩束透镜和第一聚光透镜和第二聚光透镜固定不动，所述第二光阑在第二驱动单元的作用下可以沿与第一光轴平行的方向上下移动，在进行第一套刻标记或第三套刻标记测量时，通过第二光阑的移动，照明单元可以先后对第一套刻标记或第三套刻标记中的第一光栅和第二光栅进行照明，而不需要移动晶圆，减小了晶圆移动带来的测量误差。
进一步，所述第一测量单元还包括第三驱动单元，所述第三驱动单元与干涉仪成像单元连接，适于驱动所述干涉仪成像单元远离或者靠近所述透明分束板的第五表面，在进行第一套刻标记的测量时，干涉仪成像单元可以位于不同的测量高度，因而可以获得不同测量高度下对应的光强，通过简单的计算可以更精确的获得第一套刻标记中的第一光栅相对于第一光轴的第一偏移量以及第二光栅相对于第一光轴的第二偏移量。
附图说明
图1～图2为本发明一实施例套刻测量装置的结构示意图；
图3～图10为本发明实施例套刻标记的结构示意图；
图11～图13为本发明实施例第一测量单元测量过程示意图。
具体实施方式
如背景技术所言，随着工艺节点的不断减小，虽然基于衍射的套刻测量技术(DBO)可以判断套刻测量是否存在偏移，但是难以获得套刻偏移的具体值。
为此，本发明提供了一种套刻测量装置，套刻测量装置中包括第一测量单元，第一测量单元能够接收套刻标记产生的部分反射光，使接收的反射光产生横向偏移剪切干涉形成干涉光，并接收干涉光成第一图像，并根据第一图像判断套刻是否存在偏移，以及获得套刻的偏移量，本发明的装置不仅可以判断套刻是否有偏移，而且还可以精确的获得套刻的偏移量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施作做详细的说明。在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
图1为本发明一实施例套刻测量装置的结构示意图；图3～图10为本发明实施例套刻标记的结构示意图；图11～图13为本发明实施例第一测量单元测量过程示意图。
请参考图1，套刻测量装置，包括：
照明单元218，适于产生照射光，对晶圆210上形成的第一套刻标记213a、第二套刻标记213b和第三套刻标记213c进行照明，第一套刻标记213a和第二套刻标记213b在被照明时产生反射光、第三套刻标记213c被照亮时产生正负衍射光；
第一测量单元221，适于接收第一套刻标记213a产生的反射光，使接收的反射光产生横向偏移剪切干涉形成干涉光，并接收干涉光成第一图像，并根据第一图像判断套刻是否存在偏移，以及获得套刻的偏移量；
第二测量单元203，适于接收第二套刻标记213b产生的反射光并成第二图像，并根据第二图像判断套刻是否存在偏移；
第三测量单元209，适于接收第三套刻标记213c产生的正负衍射光呈第三图像，并根据第三图像判断套刻是否存在偏移；
具体的，还包括：第一光轴31和与第一光轴31垂直相交的第二光轴32，位于第一光轴31上的第一分束板224，所述第一分束板224具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，位于第一光轴31和第二光轴32交点处的第二分束板225，所述第二分束板225具有第三表面和与第三表面相对的第四表面，第一分束板224与第一光轴31的角度为45度，所述第二分束板225和第一分束板延长线的夹角为90度，且第一分束板224位于第二分束板225的远离第二测量单元203一侧的第一光轴31上，第二分束板225的第三表面与第一分束板224的第二表面相对。
所述第一分束板224和第二分束板225适于在光路上改变光的传输方向。部分光束可以透过所述第一分束板224和第二分束板225后继续传输，部分光束可以在第一分束板224和第二分束板225表面反射后继续传输。
所述第二测量单元203位于第二分束板225的第四表面一侧的第一光轴31上，部分反射光穿过第一分束板224和第二分束板225后被第二测量单元203接收。
所述第二测量单元203包括第二成像透镜202和基于图像的成像单元201，所述第二成像透镜202位于第二分束板225的第四表面一侧的第一光轴31上，所述基于图像的成像单元201位于第二成像透镜202的远离第二分束板225一侧的第一光轴31上，所述第二成像透镜202将透过第二分束板225后的部分反射光聚焦在基于图像的成像单元201，基于图像的成像单元201接收经第二成像透镜202汇聚后的反射光成第二图像，并根据第二图像判断套刻是否存在偏移。
在进行第二套刻标记的测量时，基于图像的成像单元201接收第二套刻标记产生的反射光直接成像，即第二套刻标记成实像在基于图像的成像单元201上。基于图像的成像单元201包括CMOS或CCD图像传感器。关于第二套刻标记的结构后续做详细介绍。
所述第三测量单元209位于第二分束板225第三表面一侧的第二光轴32上，在进行套刻的测量时，第三套刻标记213c产生的部分正负衍射光穿过第一分束板224后，在第二分束板225的第三表面反射后被第三测量单元209接收。
所述第三测量单元209和第二分束板225之间的第二光轴上还具有接力透镜单元206，所述接力透镜单元206包括第一接力透镜204和第二接力透镜205，第一接力透镜204与第二分束板225的距离小于第二接力透镜205与第二分束板225的距离，且第一接力透镜204和第二接力透镜205具有共同的焦点。
所述第三测量单元209包括第三成像透镜207和基于衍射的成像单元208，所述第三成像透镜207位于接力透镜单元206的远离第二分束板225一侧的第二光轴32上，所述基于衍射的成像单元209位于第三成像透镜207远离第二分束板225一侧的第二光轴32上，所述第三成像透镜207将经过接力透镜单元206输出的部分正负衍射光(第三套刻标记产生的)聚焦在基于衍射的成像单元208上，基于衍射的成像单元208接收经第三成像透镜207汇聚后的部分反射光成第三图像，并根据第三图像判断套刻是否存在偏移。关于第三套刻标记的结构后续做详细介绍。
所述第一测量单元221位于接力透镜单元206和第三测量单元209之间，所述第一测量单元221包括透明分束板219和干涉仪成像单元220，所述透明分束板219位于接力透镜单元206和第三测量单元209之间的第二光轴32上，所述透明分束板219包括第五表面和与第五表面相对的第六表面，所述透明分束板219的第五表面与第二分束板225的第三表面相对，透明分束板219与第二光轴的夹角为45°，所述透明分束板219与第二分束板225延长线的夹角为90°，所述干涉仪成像单元220位于透明分束板219的第五表面下方。
经过接力透镜单元206输出的部分反射光(第一套刻标记产生的)在透明分束板219的第五表面和第六表面反射，第五表面和第六表面反射的两反射光产生干涉后被干涉仪成像单元220接收成第一图像，并根据第一图像判断套刻是否存在偏移，以及获得套刻的偏移量。关于第一套刻标记的结构后续做详细介绍。
所述透明分束板219为具有楔角的透明分束板，即所述透明分束板219的第五表面和第六表面之间具有楔角，在进行测量时，套刻标记反射的光经过第二分束板225和接力透镜单元206传输后，在具有楔角的透明分束板219的第五表面和第六表面上反射，分为两个振幅相同并且在空间上平移一段距离的两部分光波，所述两部分光波再叠加起来(或者产生干涉)后被干涉仪成像单元220接收。在一实施例中，所述楔角的大小范围为1°～5°，具体可以为2°。
还包括：第三光轴33和第一成像透镜226，所述第三光轴33与第一光轴31垂直相交，第一分束板224位于第一光轴31和第三光轴33的交点处，所述照明单元218位于第一分束板224的第一表面的一侧的第三光轴33上，所述第一成像透镜226位于第一分束板224的第一表面下方的第一光轴31上，照明单元218产生的照射光被第一分束板224的第一表面反射后经过第一成像透镜226汇聚后照亮第二套刻标记213b、第三套刻标记213c或第一套刻标记213a。
所述照明单元218包括依次位于第三光轴33上的光源214、扩束透镜215、第一光阑216和第一聚光透镜217，所述光源214适于产生点光源，所述扩束透镜215适于将点光源转为平行光，所述第一光阑216适于限制光束，所述第一聚光透镜217适于将经过第一光阑216后的光转化为平行光。
所述照明单元218还包括第二驱动单元(图中未示出)、第二光阑230和第二聚光透镜231，所述第二光阑230位于第一聚光透镜217和第一分束板224之间，所述第二聚光透镜231位于第二光阑230和第一分束板224之间，所述第二光阑230适于限制经过第一聚光透镜217后的光束大小，所述第二聚光透镜231适于将经过第二光阑230后的光汇聚在第一分束板224的第一表面后聚焦在第一成像透镜226的后焦面34上，所述第二驱动单元与第二光阑230相连接，适于驱动所述第二光阑230沿与第三光轴33垂直的方向移动，以改变经过第二光阑230后的光的入射方向。
在一实施例中，所述第二光阑230包括遮挡层和位于遮挡层中的方孔232，经过第一聚光透镜217后的光束被第二光阑230限制，只能通过第二光阑230的方孔232继续传输，第二光阑230在第二驱动单元的作用下可以处于不同的位置，从而使得透过第二光阑230入射到第二聚光透镜231表面的光束位置发生改变，经过第二聚光透镜231汇聚后入射到第一分束板224第一表面上的光束的入射角度发生改变，使得经过第一分束板224第一表面反射后的光束可以对晶圆上不同区域进行照明。
在一具体实施例中，所述第二光阑230在第二驱动单元的作用下可以沿垂直于第三光轴33的方向移动，通过移动第二光阑230，在进行第一套刻标记的测量时，使得照明单元218产生的照明光可以分别对第一套刻标记中的第一光栅和第二光栅进行照明，第一光栅和第二光栅产生反射光产生横向偏移剪切后分先后被第一测量单元接收，第一测量单元通过分别测量第一光栅和第二光栅产生的反射光对应的横向剪切干涉后的光强，分别获得第一套刻标记中的第一光栅相对于第一光轴的第一偏移量，以及第一套刻标记中的第二光栅相对于第一光轴的第二偏移量，通过第一偏移量和第二偏移量的差异，判读套刻是否存在偏移以及套刻偏移量的大小，因而在套刻测量过程中晶圆无需移动，减少了晶圆移动带来的误差，从而提高了套刻测量的精度。
在一实施例中，请参考图2，所述第一聚光透镜217的第一焦距为f1，所述第二聚光透镜231的第二焦距为f2，所述第一成像透镜226具有第三焦距f3，所述第一光阑216与第一聚光透镜217的距离为f1，第二光阑230与第一聚光透镜217的距离为f1，第二光阑230与第二聚光透镜231的距离为f2，所述第二聚光透镜231与第一分束板224的距离以及第一分束板224到第一成像透镜226的后焦面34的距离之和为f2，第一套刻标记中第一光栅或第二光栅的边长为d，为例方便示意，图中用虚线框表示第一光栅或第二光栅占据的面积大小，本实施例中，第二光阑230的方孔232的边长(用L表示)，在套刻的测量过程中，为了实现照明单元分别对第一光栅和第二光栅的照明，第二光阑230的方孔232的边长L需要满足下面的公式：
L＝(d+n)*(f2/f3)，其中n为2～5微米。
请继续参考图1，所述套刻测量装置还包括光瞳平面或傅里叶平面34，光瞳平面或傅里叶平面34位于第一分束板224和第一成像透镜226之间，光瞳平面或傅里叶平面34为虚拟的平面，光瞳平面或傅里叶平面34对应于第一成像透镜226的后焦面，第三套刻标记213c反射的光在光瞳平面或傅里叶平面34分为多个衍射级，比如包括0级、对称分布在0级左右的+1级和-1级等，第三测量单元209接收+1级、0级、-1级衍射光(或者称之为正负衍射光)呈第三图像，本实施例中，图1中37表示+1级衍射光，36表示0级衍射光，37表示+1级衍射光作为示例。在其他实施例中，所述衍射级的数量可以更多。
所述晶圆210上具有第二套刻标记213b、第三套刻标记213c和第一套刻标记213a，第二套刻标记213b、第三套刻标记213c和第一套刻标记213a位于晶圆210的不同位置。在实际的制作工艺中，根据需要，可以在晶圆210上形成第二套刻标记213b、第三套刻标记213c和第一套刻标记213a中的一个或多个(≥2个)，套刻测量装置可以分别对晶圆210上形成的第二套刻标记213b、第三套刻标记213c和第一套刻标记213a进行测量获得对应的套刻精度和套刻偏移，套刻测量的顺序不做限定。
本发明另一实施例中，所述套刻测量装置中可以不集成第二测量单元和第三测量单元，该套刻测量装置中仅包括第一测量单元，具体的所述套刻测量装置，包括：照明单元，适于产生照射光，对晶圆上形成的第一套刻标记进行照明，第第一套刻标记在被照亮时产生反射光；第一测量单元，适于接收第一套刻标记产生的反射光，使接收的反射光产生横向偏移剪切干涉形成干涉光，并接收干涉光成第一图像，并根据第一图像判断套刻是否存在偏移，以及获得套刻的偏移量。
所述套刻测量装置还包括：第一光轴和与第一光轴垂直相交的第二光轴，位于第一光轴上的第一分束板，所述第一分束板具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，位于第一光轴和第二光轴交点处的第二分束板，所述第二分束板具有第三表面和与第三表面相对的第四表面，第一分束板与第一光轴的角度为45度，所述第二分束板和第一分束板延长线的夹角为90度，且第二分束板的第三表面与第一分束板的第二表面相对。
所述第二分束板的第三表面一侧的第二光轴上还具有接力透镜单元，所述接力透镜单元包括第一接力透镜和第二接力透镜，第一接力透镜与第二分束板的距离小于第二接力透镜与第二分束板的距离，且第一接力透镜和第二接力透镜具有共同的焦点。
所述第一测量单元位于接力透镜单元的远离第二分束板一侧的第二光轴上，所述第一测量单元包括透明分束板和干涉仪成像单元，所述透明分束板位于接力透镜单元和第三测量单元之间的第二光轴上，所述透明分束板包括第五表面和与第五表面相对的第六表面，所述透明分束板的第五表面与第二分束板的第三表面相对，所述透明分束板与第二分束板延长线的夹角为90°，所述干涉仪成像单元位于透明分束板的第五表面下方。
所述第一测量单元还包括第三驱动单元，所述第三驱动单元与干涉仪成像单元连接，适于驱动所述干涉仪成像单元远离或者靠近所述透明分束板的第五表面。
还包括：第三光轴和第一成像透镜，所述第三光轴与第一光轴垂直相交，第一分束板位于第一光轴和第三光轴的交点处，所述照明单元位于第一分束板的第一表面的一侧的第三光轴上，所述第一成像单元位于第一分束板的第一表面下方的第一光轴上，照明单元产生的照射光被第一分束板的第一表面反射后经过第一成像透镜后照亮套刻标记。
所述照明单元包括依次位于第三光轴上的光源、扩束透镜、第一光阑和第一聚光透镜，所述光源适于产生点光源，所述扩束透镜适于将点光源转为平行光，所述第一光阑适于限制光束，所述第一聚光透镜适于将经过第一光阑后的光转化为平行光。
所述照明单元还包括第二驱动单元、第二光阑和第二聚光透镜，所述第二光阑位于第一聚光透镜和第一分束板之间，所述第二聚光透镜位于第二光阑和第一分束板之间，所述第二光阑适于限制经过第一聚光透镜后的光束大小，所述第二聚光透镜适于将经过第二光阑后的光汇聚在第一分束板的第一表面后聚焦在第一成像透镜的后焦面上，所述第二驱动单元与第二光阑相连接，适于驱动所述第二光阑沿与第三光轴垂直的方向移动，以改变经过第二光阑后的光的入射方向。
所述透明分束板的第五表面和第六表面之间具有楔角，在进行套刻测量时，照明单元对第一套刻标记进行照明，第一套刻标记产生的反射光穿过第一成像透镜和第一分束板后，在第二分束板的第三表面反射后，经过接力透镜输出并在透明分束板的第五表面和第六表面反射，第五表面和第六表面反射的两反射光产生横向剪切干涉后被干涉仪成像单元接收成第一图像，并根据第一图像判断套刻是否存在偏移，以及获得套刻的偏移量。
图3～图6为本发明实施例第一套刻标记的结构示意图。
请结合参考图3、图4、图5和图6，图4为图3沿切割线EF方向的剖面结构示意图，图5为图3沿切割线AB方向的剖面结构示意图，图6为图3沿切割线CD方向的剖面结构示意图。
所述第一套刻标记213a为光栅式的套刻标记。所述第一套刻标记213a包括位于下层介质层中的第一光栅212和位于上层介质层中的第二光栅211，上层介质层位于下层介质层上，所述第二光栅212位于第一光栅211的斜上方。
在一实施例中，所述第一光栅211位于晶圆210上的第一介质层24中，第二光栅212位于第一介质层24上的第二介质层25中。
所述第一光栅211包括若干平行的第一光栅条21，相邻第一光栅条21之间具有光缝，所述第二光栅212包括若干平行的第二光栅条22，相邻第二光栅条22之间具有光缝，第一光栅条21和第二光栅条22的数量和排布方向相同。
在一实施例中，第一套刻标记213a的形成过程为：在晶圆210上形成第一介质层24；在第一介质层24中形成第一光栅211；形成覆盖第一介质层24和第一光栅211的第二介质层25，在第二介质层22中形成第二光栅212。
在进行第一套刻标记213a的测量时，将带有第一套刻标记213a的晶圆210置于套刻测量装置载物台上，进行晶圆210位置的对准，建立第一套刻标记213a相对于晶圆210和载物台的位置关系。在一实施例中，在进行对准时，套刻测量装置的第一光轴31与第一套刻标记213a中的第一光栅211(或第二光栅212)的中轴线是垂直相交的，以方便后续的测量。
第一测量单元221成的第一图像包括第一横向剪切干涉条纹和第二横向剪切干涉条纹，所述第一测量单元221判断套刻是否存在偏移的过程为：照明单元218先后分别对第一套刻标记213a中的第一光栅211和第二光栅212进行照明，所述第一测量单元221中的干涉仪成像单元220接收第一光栅211产生的部分第一反射光，使接收的第一反射光产生横向偏移剪切干涉形成第一横向剪切干涉条纹，所述第一测量单元221接收第二光栅212产生的部分第二反射光，使接收的第二反射光产生横向偏移剪切干涉形成第二横向剪切干涉条纹，第一测量单元221通过第一横向剪切干涉条纹获得第一偏移量，所述第一测量单元通过第二横向剪切干涉条纹获得第二偏移量，第一测量单元通过第一偏移量和第二偏移量的差值判断是否存在套刻偏移以及套刻偏移量的大小。
在具体的测量过程中，照明单元218先后对第一套刻标记213a中的第一光栅211和第二光栅212进行照明分为两种方式，一种为照明单元218先对第一套刻标记213a中的第一光栅211进行照明，然后再对第一套刻标记213a中的第二光栅212进行照明，另一种为照明单元218先对第一套刻标记213a中的第二光栅212进行照明，然后在对第一套刻标记213a中的第一光栅211进行照明。
具体的，以照明单元218先对第一光栅211进行照明作为示例对测量过程进行说明，照明单元218对第一套刻标记213a中的第一光栅211进行照明，第一光栅211产生第一反射光，第一反射光经过第一成像透镜226后变成平行的第一反射光，平行的第一反射光穿过第一分束板224后，在第二分束板225的第三表面反射后，经过接力透镜单元206传输至透明分束板219，在透明分束板219的第五表面和第六表面反射后，形成第一横向剪切干涉条纹，第一测量单元221中的干涉成像单元208检测对应的第一横向剪切干涉条纹，并根据第一横向剪切干涉条纹获得第一光栅相对于第一光轴的第一偏移量；接着，照明单元218中的第二光阑移动，照明单元218发出的光对第一套刻标记213a中的第二光栅212进行照明，第二光栅212产生第二反射光，第二反射光经过第一成像透镜226后变成平行的第二反射光，平行的第二反射光穿过第一分束板224后，在第二分束板225的第三表面反射后，经过接力透镜单元206传输至透明分束板219，在透明分束板219的第五表面和第六表面反射后，形成第二横向剪切干涉条纹，第一测量单元221中的干涉成像单元208检测对应的第二横向剪切干涉条纹，并根据第二横向剪切干涉条纹获得第二光栅相对于第一光轴的第二偏移量，第一测量单元221通过第一偏移量和第二偏移量的差值的绝对值判断是否存在套刻偏移以及套刻偏移量的大小。
在一实施例中，当第一偏移量和第二偏移量的差值的绝对值≤1nm时，判断套刻正常，当第一偏移量和第二偏移量的差值的绝对值＞1nm时，判断存在套刻偏移，第一偏移量和第二偏移量的差值的绝对值大小即为套刻偏移量的大小。需要说明的是，在其他实施例中，判断套刻是都存在偏差可以采用其他的数值的差值绝对值作为判断标准。
下面结合图11～图13对本发明第一测量单元测量套刻是否存在偏移以及偏移量的大小的原理进行详细的说明。
请参考图11，形成有第一套刻标记213a的晶圆在套刻测量装置中进行对准后，第一套刻标记213a的水平位置位于图11中第一成像透镜226的焦平面上，当第一套刻标记213a相对于第一光轴31不存在偏移时(比如第一光轴31与第一套刻标记中的第一光栅或第二光栅的中轴线垂直相交时)，照明单元218(参考图1)对第一套刻标记213a进行照明时，第一套刻标记213a中的光栅(包括第一光栅或第二光栅)发出的光线经过第一成像透镜226的汇聚，在第一成像透镜226的后焦面(光瞳平面或傅里叶平面)34上变成平行光。位于第一光轴31上的光缝(如图11中的A0光缝)发出的光在第一成像透镜226的后焦面上变成平行于第一光轴31的平行光，位于偏离第一光轴31的光缝(如图10中的A-1和A1光缝)发出的光，在第一成像透镜226的后焦面上变成有一定倾斜角(倾斜角＝p0/f，p0表示第一光栅和第二光栅的光栅周期，f表示第一成像透镜226的焦距)的平行光。
在一实施例中，以A0光缝、A-1光缝和A1光缝发出的光作为示例进行说明。
当不存在偏移时，根据几何光学，由A0光缝、A-1光缝和A1光缝三条缝发出的光振幅为A0、A-1和A1，请参考公式(1)、公式(2)和公式(3)：
A0＝a0 (1)
公式(1)、公式(2)和公式(3)中，a0表示常数，f表示第一成像透镜226的焦距，λ表示照明光的波长，p0表示第一光栅或第二光栅的光栅周期，x表示光强或相位在后焦面(光瞳平面或傅里叶平面)34上的位置。
如果第一套刻标记213a中的光栅(第一光栅或第二光栅)相对于第一光轴31在横向位置有一定的偏移量(Δp)，如图12所示，根据几何光学，所有在第一成像透镜226后焦面的光束都会有一个转动Δp/f，这时，由A0光缝、A-1光缝和A1光缝三条缝发出的光振幅为A0、A-1和A1，请参考公式(4)、公式(5)和公式(6)：
上述只给出了三条光缝(A0光缝、A-1光缝和A1光缝)的光振幅的计算公式，更加多的光缝公式请参考公式(7)和公式(8)：
其中，n表示第一光栅或第二光栅中的第n条光缝，n大于1。
第一光栅或第二光栅上所有的光缝产生的光在第一成像透镜226的后焦面(光瞳平面或傅里叶平面)34上的光振幅分布请参考公式(9)：
其中，N代表第一光栅或第二光栅对称轴两边最多的光缝数目，譬如当N＝5时，总光缝数目＝2N+1＝11。
请参考图13，本发明中第一测量单元包括透明分束板219，所述透明分束板219包括第五表面45和与第五表面45相对的第六表面46，透明分束板219的第五表面45和第六表面46之间具有楔角40，在一实施例中，所述楔角40的大小可以为1°～5°，第一测量单元进行套刻测量时，第一套刻标记反射的光经过第二分束板225(参考图1)和接力透镜单元206(参考图1)传输后，在具有楔角的透明分束板219的第五表面45和第六表面46上反射后，分为两个振幅相同并且在空间上平移一段距离s的两部分光波，所述两部分光波再叠加起来(或者产生干涉)形成交叠区域50(交叠区域50对应第一横向剪切干涉条纹或第二横向剪切干涉条纹)，通过干涉仪成像单元220(参考图1)检测交叠区域50对应的第一横向剪切干涉条纹或第二横向剪切干涉条纹，可以获得交叠区域50的光强大小。
经过如图13所示的结构，横向剪切干涉后(剪切量s)的光振幅分布请参考公式(10)：
其中，b0表示常数，s表示剪切量。
为了简化说明，在一实施例中，取后焦面上的特殊缝位置作为光强的观测点，再求得光强分布I，请参考公式(11)：
从公式(11)可以看出，本发明实施例中，通过横向剪切的原理，建立套刻偏移量与横向剪切后的光强、第一套刻标记中的光栅缝数和光栅周期，以及与照明光的波长，第一成像透镜的焦距，剪切量之间的联系，由于光栅缝数N，照明光的波长λ，第一成像透镜的焦距f，第一光栅或第二光栅的光栅周期p0，剪切量s都为已知量，只要测出交叠区域50对应的第一横向剪切干涉条纹或第二横向剪切干涉条纹对应的光强I(通过干涉仪成像单元测量)，第一测量单元就可以计算得到偏移量Δp的值(包括第一套刻标记中的第一光栅相对于第一光轴的第一偏移量和第一套刻标记中的第二光栅相对于第一光轴的第二偏移量)，然后第一测量单元根据第一偏移量和第二偏移量的差值的绝对值的大小可以判断是否存在套刻偏移以及套刻偏移量的大小。需要说明的是，在其他实施例中，也可以取后焦面上的其他位置作为光强的观测点。
请继续参考图13，在其他实施例中，为了提高测量的精度，在进行测量时，也可以通过变化干涉仪成像单元的测量高度获得不同剪切量时对应的光强，通过公式(11)的计算获得对应的第一偏移量或第二偏移量，比如，在测量第一套刻标记中的第一光栅相对于第一光轴的第一偏移量时，第一测量单元221(参考图1)中的干涉仪成像单元220(参考图1)首先位于第一测量高度H1，该第一测量高度H1时对应的剪切量为s1，干涉仪成像单元220测量获得的第一测量高度H1时检测的第一横向剪切干涉条纹对应的光强为I1，然后干涉仪成像单元220在第三驱动单元的驱动下位于第二测量高度H2，第二测量高度H2与第一测量高度H1不相等，第二测量高度H2时对应的剪切量为s2，干涉仪成像单元220测量获得的第二测量高度H2时检测的第一横向剪切干涉条纹对应的光强为I2，分别将s1、I1代入公式(11)，将s2、I2代入公式(11)通过计算可以获得第一偏移量。相应的第二偏移量也可以通过相同的方式获得，在此不再赘述。
为了说明本发明的套刻测量装置具有较高的精度，如果只有一根光缝，式(11)可以简化为式(12)：
当第一成像透镜226为一般的显微镜物镜时，在一实施例中，第一成像透镜226的焦距f＝2mm，数值孔径＝0.8，后焦面的宽度＝2f×tan(sin-1NA)＝2×2mm×tan(sin-10.8)＝5.3mm。如果取剪切量s的最大可变范围为后焦面宽度的一半，即2.65mm，波长取绿光500nm，式(12)中余弦函数的宗量变化为：
式13中，如果偏移量(或者套刻偏移)Δp＝1nm，宗量的变化为0.0166，根据公式(12)，光强在扣除本底后相对变化为0.00014。现有的冷却型CCD图像传感器可以达到每个像素16比特的动态范围，也即0-50000，对于0.00014的相对变化，相当于7/50000，由于存在随机涨落，50000的动态范围最差可能存在(50000)0.5的涨落，也即223/50000，由于探测的方法并非成像，可以采用多个像素累加，比如采用10000个像素的累加，系统的随机涨落降低为2.23/50000，完全胜任7个量子的探测要求，也可以采用多次曝光求平均的方法来进一步提高系统的灵敏度。
请继续参考图1，本发明实施例中，所述第二套刻标记213b的结构可以与第一套刻标记213a的结构相同，具体的结构及相关描述请参考图3以及前述关于第一套刻标记213a的描述。
在进行套刻的测量时，所述第二测量单元203判断套刻是否存在偏移的过程为：照明单元218对晶圆210上的第二套刻标记213b进行照明，第二套刻标记213b产生反射光，第二套刻标记213b产生的反射光经过第一成像透镜226后变成平行的反射光，该反射光穿过第一分束板224和第二分束板225后，经过第二测量单元的第二成像透镜202的汇聚后，被基于图像的成像单元201接收，在基于图像的成像单元201中呈第二图像，所述第二图像为第一光栅和第二光栅的实像，第二测量单元203通过测量第一光栅实像与对应的第二光栅实像的中心位置差异判断套刻是否存在偏移，判断标准可以根据实际工艺进行设定。在一具体的实施例中，比如当第一光栅实像与对应的第二光栅实像的中心的位置差异值大于1nm时，判定套刻存在偏移，相应的，当第一光栅实像与第二光栅实像的中心的位置差异值小于或等于1nm时，套刻正常。
在本发明的其他实施例中，所述第二套刻标记的结构可以与第一套刻标记的结构不相同，具体请参考图7和图8，图8为图7沿切割线EF方向的剖面结构示意图，所述第二套刻标记213b包括位于下层介质层中的第一图形41和位于上层介质层中的第二图形42，上层介质层位于下层介质层表面上，所述第一图形41位于第二图形12的(或第二图形12在下层介质层中投影的)外围。在一实施例中，所述第二套刻标记213b包括位于第一介质层24中的第一图形41和位于第二介质层25中的第二图形，所述第二介质层25位于第一介质层上方，第一图形41包括四个第一子图形，四个第一子图形呈正方形排布，所述第二图形42包括四个第二子图形，四个第二子图形呈正方形排布，每个第一子图形位于相应的位于第二子图形的外围。
测量图7中的第二套刻标记的方式与测量前述的第二套刻标记的方式相同，在此不再赘述。
所述第三套刻标记的具体结构请参考图9和图10，图10为图9沿切割线GH方向的剖面结构示意图，所述第三套刻标记213c包括下层介质层中的第三光栅和位于上层介质层中的第四光栅，所述上层介质层位于下层介质层表面上，所述第四光栅位于第三光栅的正上方，第三光栅包括若干平行排布的第三光栅条，第四光栅包括若干平行排布的第四光栅条，每个第四光栅条位于对应的第三光栅条正上方，且第四光栅条的宽度小于第三光栅条的宽度。
在对图9所述的第三套刻标记进行测量时，照明单元对第三套刻标记213c进行照明，第三套刻标记213c产生的正负衍射光被第三测量单元接收呈第三图像，若第三套刻标记中的第三光栅和第四光栅存在位置偏移(第三光栅的中心位置偏移第四光栅的中心位置)时，第三套刻标记213c产生的正负衍射光的正负衍射级的光强存在差异，第三测量单元通过检测第三套刻标记213c产生的衍射光的正负衍射级的光强差异判断套刻是否存在偏移，若正负衍射级的光强存在差异，则套刻存在偏移，若正负衍射级的光强不存在差异，则套刻不存在偏移。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (18)

1.一种套刻测量装置，其特征在于，包括：
照明单元，适于产生照射光，对晶圆上形成的第一套刻标记进行照明，第一套刻标记在被照亮时产生反射光，所述第一套刻标记为光栅式的套刻标记，所述第一套刻标记包括位于下层介质层中的第一光栅和位于上层介质层中的第二光栅，上层介质层位于下层介质层上，所述第二光栅位于第一光栅的斜上方；
第一测量单元，适于接收第一套刻标记产生的反射光，使接收的反射光产生横向偏移剪切干涉形成干涉光，并接收干涉光成第一图像，并根据第一图像判断套刻是否存在偏移，以及获得套刻的偏移量，所述第一图像包括第一横向剪切干涉条纹和第二横向剪切干涉条纹，所述根据第一图像判断套刻是否存在偏移，以及获得套刻的偏移量的过程为：照明单元先后分别对第一套刻标记中的第一光栅和第二光栅进行照明，所述第一测量单元接收第一光栅产生的部分第一反射光，使接收的第一反射光产生横向偏移剪切干涉形成第一横向剪切干涉条纹，所述第一测量单元接收第二光栅产生的部分第二反射光，使接收的第二反射光产生横向偏移剪切干涉形成第二横向剪切干涉条纹，第一测量单元通过第一横向剪切干涉条纹获得第一光栅相对于第一光轴的第一偏移量，所述第一测量单元通过第二横向剪切干涉条纹获得第二光栅相对于第一光轴的第二偏移量，第一测量单元通过第一偏移量和第二偏移量的差值的绝对值判断是否存在套刻偏移以及套刻偏移量的大小。
2.如权利要求1所述的套刻测量装置，其特征在于，所述套刻测量装置还包括第二测量单元和第三测量单元，所述晶圆上还形成有第二套刻标记和第三套刻标记，照明单元对第二套刻标记进行照明，第二套刻标记产生反射光，所述第二测量单元适于接收第二套刻标记产生的反射光并成第二图像，并根据第二图像判断套刻是否存在偏移，所述照明单元对第三套刻标记，所述第三套刻标记产生正负衍射光，所述第三测量单元接收第三套刻标记产生的正负衍射光呈第三图像，并根据第三图像判断套刻是否存在偏移。
3.如权利要求2所述的套刻测量装置，其特征在于，还包括：第一光轴和与第一光轴垂直相交的第二光轴，位于第一光轴上的第一分束板，所述第一分束板具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，位于第一光轴和第二光轴交点处的第二分束板，所述第二分束板具有第三表面和与第三表面相对的第四表面，第一分束板与第一光轴的角度为45度，所述第二分束板和第一分束板延长线的夹角为90度，且第二分束板的第三表面与第一分束板的第二表面相对。
4.如权利要求3所述的套刻测量装置，其特征在于，所述第二测量单元位于第二分束板第四表面一侧的第一光轴上，部分反射光穿过第一分束板和第二分束板后被第二测量单元接收。
5.如权利要求4所述的套刻测量装置，其特征在于，所述第二测量单元包括第二成像透镜和基于图像的成像单元，所述第二成像透镜位于第二分束板的第四表面一侧的第一光轴上，所述基于图像的成像单元位于第二成像透镜的远离第二分束板一侧的第一光轴上，所述第二成像透镜将透过第二分束板后的部分反射光聚焦在基于图像的成像单元，基于图像的成像单元接收经第二成像透镜汇聚后的反射光成第二图像，并根据第二图像判断套刻是否存在偏移。
6.如权利要求3所述的套刻测量装置，其特征在于，所述第三测量单元位于第二分束板的第三表面一侧的第二光轴上，部分正负衍射光穿过第一分束板后，在第二分束板的第三表面反射后被第三测量单元接收。
7.如权利要求6所述的套刻测量装置，其特征在于，所述第三测量单元和第二分束板之间的第二光轴上还具有接力透镜单元，所述接力透镜单元包括第一接力透镜和第二接力透镜，第一接力透镜与第二分束板的距离小于第二接力透镜与第二分束板的距离，且第一接力透镜和第二接力透镜具有共同的焦点。
8.如权利要求7所述的套刻测量装置，其特征在于，所述第三测量单元包括第三成像透镜和基于衍射的成像单元，所述第三成像透镜位于接力透镜单元的远离第二分束板一侧的第二光轴上，所述基于衍射的成像单元位于第三成像透镜远离第二分束板一侧的第二光轴上，所述第三成像透镜将经过接力透镜单元输出的正负衍射光聚焦在基于衍射的成像单元上，基于衍射的成像单元接收经第三成像透镜汇聚后的部分正负衍射光成第三图像，并根据第三图像判断套刻是否存在偏移。
9.如权利要求8所述的套刻测量装置，其特征在于，所述第一测量单元位于接力透镜单元和第三测量单元之间，所述第一测量单元包括透明分束板和干涉仪成像单元，所述透明分束板位于接力透镜单元和第三测量单元之间的第二光轴上，所述透明分束板包括第五表面和与第五表面相对的第六表面，所述透明分束板的第五表面与第二分束板的第三表面相对，所述透明分束板与第二分束板延长线的夹角为90°，所述干涉仪成像单元位于透明分束板的第五表面下方。
10.如权利要求9所述的套刻测量装置，其特征在于，所述第一测量单元还包括第三驱动单元，所述第三驱动单元与干涉仪成像单元连接，适于驱动所述干涉仪成像单元远离或者靠近所述透明分束板的第五表面。
11.如权利要求9所述的套刻测量装置，其特征在于，所述透明分束板的第五表面和第六表面之间具有楔角。
12.如权利要求9所述的套刻测量装置，其特征在于，所述经过接力透镜输出的部分反射光在透明分束板的第五表面和第六表面反射，第五表面和第六表面反射的两反射光产生横向剪切干涉后被干涉仪成像单元接收成第一图像，并根据第一图像判断套刻是否存在偏移，以及获得套刻的偏移量。
13.如权利要求3所述的套刻测量装置，其特征在于，还包括：第三光轴和第一成像透镜，所述第三光轴与第一光轴垂直相交，第一分束板位于第一光轴和第三光轴的交点处，所述照明单元位于第一分束板的第一表面的一侧的第三光轴上，所述第一成像单元位于第一分束板的第一表面下方的第一光轴上，照明单元产生的照射光被第一分束板的第一表面反射后经过第一成像透镜后照亮套刻标记。
14.如权利要求13所述的套刻测量装置，其特征在于，所述照明单元包括依次位于第三光轴上的光源、扩束透镜、第一光阑和第一聚光透镜，所述光源适于产生点光源，所述扩束透镜适于将点光源转为平行光，所述第一光阑适于限制光束，所述第一聚光透镜适于将经过第一光阑后的光转化为平行光。
15.如权利要求14所述的套刻测量装置，其特征在于，所述照明单元还包括第二驱动单元、第二光阑和第二聚光透镜，所述第二光阑位于第一聚光透镜和第一分束板之间，所述第二聚光透镜位于第二光阑和第一分束板之间，所述第二光阑适于限制经过第一聚光透镜后的光束大小，所述第二聚光透镜适于将经过第二光阑后的光汇聚在第一分束板的第一表面后聚焦在第一成像透镜的后焦面上，所述第二驱动单元与第二光阑相连接，适于驱动所述第二光阑沿与第三光轴垂直的方向移动，以改变经过第二光阑后的光的入射方向。
16.如权利要求2所述的套刻测量装置，其特征在于，所述第一光栅包括若干平行的第一光栅条，所述第二光栅包括若干平行的第二光栅条，第一光栅条和第二光栅条的排布方向相同。
17.如权利要求16所述的套刻测量装置，其特征在于，所述第二套刻标记与第一套刻标记的结构相同或不同，所述第三套刻标记与第一套刻标记的结构相同或不相同，所述第二套刻标记与第一套刻标记的结构相同时，第二测量单元成的第二图像为第一光栅实像和第二光栅实像，所述第二测量单元判断套刻是否存在偏移的过程为：第二测量单元通过测量第一光栅实像的中心位置和第二光栅实像的中心位置的位置差异判断套刻是否存在偏移。
18.如权利要求4所述的套刻测量装置，其特征在于，所述第三套刻标记包括位于下层介质层中的第三光栅和位于上层介质层中的第四光栅，所述上层介质层位于下层介质层表面上，所述第四光栅位于第三光栅的正上方，第三光栅包括若干平行排布的第三光栅条，第四光栅包括若干平行排布的第四光栅条，每个第四光栅条位于对应的第三光栅条正上方，且第四光栅条的宽度小于第三光栅条的宽度，第三测量单元判断套刻是否存在偏移的过程为：照明单元照明由第三光栅和第四光栅组成的第三套刻标记，第三测量单元接收由第三套刻标记发出的正负衍射光，第三测量单元根据正负衍射光的强弱差异判断套刻是否存在差异。
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