CN106959587A - 基于衍射的套刻测量标记、套刻测量方法和测量装置 - Google Patents

基于衍射的套刻测量标记、套刻测量方法和测量装置 Download PDF

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Abstract

一种基于衍射的套刻测量标记、套刻测量方法和测量装置，其中所述基于衍射的套刻测量标记包括:第一基准光栅和第二基准光栅；位于第一基准光栅的延伸方向上，且相对于其在第一方向的正向上偏移的第三基准光栅，位于第二基准光栅的延伸方向上，且相对于其在第一方向的负向上偏移的第四基准光栅；位于第一基准光栅上方，且相对于其在第一方向的正向上偏移的第一比较光栅；位于第二基准光栅上方，且相对于其在第一方向的负向上偏移的第二比较光栅；位于第三基准光栅上方，且相对于其在第一方向的负向上偏移的第三比较光栅；位于第四基准光栅上方，且相对于其在第一方向的正向上偏移的第四比较光栅。本发明的套刻测量标记提高了套刻测量的精度。

Description

基于衍射的套刻测量标记、套刻测量方法和测量装置
技术领域
本发明涉及套刻测量领域，特备涉及一种基于衍射的套刻测量标记、套刻测量方法和测量装置。
背景技术
随着光刻图形CD尺寸进入22nm及以下工艺节点，特别是双重曝光(DoublePatterning)技术的广泛应用，对套刻(overlay)测量的精度要求已经进入亚纳米领域。由于成像分辨率极限的限制，传统的基于成像和图像识别的套刻测量技术已逐渐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，Diffraction-Basedoverlay)正逐步成为套刻测量的一种重要的补充手段。
基于衍射的套刻测量技术起源于利用散射和衍射进行光学Critical Dimension测量的方法，通过直接测量套刻标记的衍射光来确定套刻误差，测量速度快，采样面积小，同时基本消除了传统测量方法的许多误差项，如定位误差、焦面误差、像差因素和机械振动等。
DBO主要分为两大类，一类称为基于模型的DBO技术，另一类称为基于经验的DBO技术，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。这类技术的主要优点在于原则上只要一个标记便可测得一个方向的套刻值，因而标记成本较低。
但是现有的基于衍射的套刻测量方法的精度仍有待提高。
发明内容
本发明解决的问题是怎样提高套刻测量的精度。
为解决上述问题，本发明提供一种基于衍射的套刻测量标记，包括：
基底；位于基底上的第一基准光栅和第二基准光栅，第二基准光栅位于第一基准光栅一侧，第一基准光栅和第二基准光栅均包括若干沿第一方向依次分布且相互平行的条状区和位于相邻条状区之间的凹陷区，条状区向两端的延伸方向为第二方向，第二方向与第一方向垂直；位于基底上的第三基准光栅和第四基准光栅，第四基准光栅位于第三基准光栅一侧，且第三基准光栅位于第一基准光栅的条状区向两端的延伸方向上，第四基准光栅位于第二基准光栅的条状区向两端的延伸方向上，第三基准光栅和第四基准光栅与第一基准光栅的结构相同，且第三基准光栅相对于第一基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值，第四基准光栅相对于第二基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；位于第一基准光栅上方的第一比较光栅，所述第一比较光栅相对于第一基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值；位于第二基准光栅上方的第二比较光栅，所述第二比较光栅相对于第二基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；位于第三基准光栅上方的第三比较光栅，所述第三比较光栅相对于第三基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；位于第四基准光栅上方的第四比较光栅，所述第四比较光栅相对于第四基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值；第一比较光栅、第二比较光栅、第三比较光栅和第四比较光栅的结构与第一基准光栅的结构相同。
可选的，所述第一基准光栅的条状区的宽度为0.4～0.6微米，条状区的数量为8～12，凹陷区的宽度为0.4～0.6微米。
可选的，所述第一偏移量小于凹陷区的宽度。
可选的，所述第三基准光栅与第一基准光栅之间的距离等于第四基准光栅与第二基准光栅之间的距离。
可选的，所述第三基准光栅与第一基准光栅之间的距离或者第四基准光栅与第二基准光栅之间的距离为5～10微米。
可选的，所述基底包括半导体衬底和位于半导体衬底表面上的介质层，所述第一基准光栅、第二基准光栅、第三基准光栅和第四基准光栅位于半导体衬底表面，介质层覆盖所述第一基准光栅、第二基准光栅、第三基准光栅和第四基准光栅；所述第一比较光栅、第二比较光栅、第三比较光栅、第四比较光栅位于介质层表面上。
可选的，所述第一比较光栅的顶部表面的高度等于第三比较光栅的顶部表面高度，所述第二比较光栅的顶部表面的高度等于第四比较光栅的顶部表面高度，且所述第二比较光栅的顶部表面的高度与第一比较光栅的顶部表面的高度不相同，所述第四比较光栅的顶部表面的高度与第三比较光栅的顶部表面的高度不相同。
可选的，所述第二比较光栅的顶部表面的高度大于或小于第一比较光栅的顶部表面的高度。
可选的，所述第四比较光栅的顶部表面的高度大于或小于第三比较光栅的顶部表面的高度。
本发明还提供了一种对上述的套刻标记进行套刻测量的方法，包括：
基底沿第一方向运动；
一束照射光依次对基底上的第一基准光栅和第一比较光栅，以及第二基准光栅和第二比较光栅进行照明，另一束照射光同时依次对第三基准光栅和第三比较光栅，以及第四基准光栅和第四比较光栅进行照明；各光栅在被照明时产生衍射光；
检测套刻测量标记产生的衍射光，分别获得第一基准光栅和第一比较光栅对应的第一光强，第二基准光栅和第二比较光栅对应的第二光强，第三基准光栅和第三比较光栅对应的第三光强，第四基准光栅和第四比较光栅对应的第四光强；
基于第一光强、第二光强、第三光强、第四光强获得套刻精度。
可选的，所述套刻精度的获得方式为：
其中，OV表示第一方向的套刻精度，d表示第一偏移值，A1表示第一光强，A2表示第二光强，A3表示第三光强，A4表示第四光强。
本发明还提供了一种用于上述套刻标记进行测量的套刻测量装置，包括：
载台，用于装载形成有套刻测量标记的基底，并使基底在检测位置沿第一方向运动；
照射单元，用于发出两束对称的照射光，在基底沿第一方向运动时，其中一束照射光依次对基底上的第一基准光栅和第一比较光栅，以及第二基准光栅和第二比较光栅进行照明，另一束照射光同时依次对第三基准光栅和第三比较光栅，以及第四基准光栅和第四比较光栅进行照明；各光栅在被照明时产生衍射光；
第一成像单元，用于接收第一基准光栅和第一比较光栅产生的衍射光获得第一光强，接收第二基准光栅和第二比较光栅产生的衍射光获得第二光强，接收第三基准光栅和第三比较光栅产生的衍射光获得第三光强，接收第四基准光栅和第四比较光栅产生的衍射光获得第四光强；
控制单元，基于第一光强、第二光强、第三光强和第四光强获得套刻精度。
可选的，所述照射单元包括激光源和分光单元，所述激光源用于产生激光束，所述分光单元用于将激光束分为两束平行的照射光并使两束照射光向检测位置传输。
可选的，所述分光单元包括相互平行的第一分束镜和第二分束镜，部分激光束经第一分束镜的反射形成一束照射光，并向检测位置传输，部分激光束穿过第一分束镜向第二分束镜传输，经第二分束镜反射，形成另一束照射光，并向检测位置传输。
可选的，还包括：第一调节单元，用于调节第一分束镜与第二分束镜之间的距离，从而调节两束照射光之间的距离。
可选的，所述分光单元包括第一凹镜和第一凸镜，第一凹镜包括平坦的第一表面和与第一表面相对并且向第一表面方向凹陷的第二表面，所述第一凸镜包括平坦的第三表面和与第三表面相对并且向第三表面相反的方向凸起的第四表面，第一凹镜和第一凸镜相互分开，并且第一凹镜的第二表面与第一凸镜第四表面正对，第二表面的凹陷的与第四表面的凸起的能相互吻合，激光束从第一凹镜的第一表面入射，经过第一凹镜的第二表面、第一凸镜的第四表面，在第一凸镜的第三表面上形成平行的两束光。
可选的，还包括：第二调节单元，用于调节第一凹镜和第一凸镜之间的距离，从而调节两束照射光之间的距离。
可选的，还包括：检测单元，用于检测两平行照射光的光强和距离，并将检测到的光强和距离发送给控制单元。
可选的，所述检测单元包括第二成像单元、第三分束镜和第四分束镜，第三分束镜和第四分束镜分别置于两束平行的照射光向检测位置传输的光路上，两束平行的照射光相应的分别在第三分束镜和第四分束镜的表面反射形成两束平行的反射光，平行的反射光被第二成像单元接收，获得两束的平行的反射光对应的光强和两束平行反射光之间的距离。
可选的，还包括，传输透镜，所述传输透镜位于检测位置与第一成像单元之间，用于将套刻测量标记产生的衍射光传输到第一成像单元。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明的套刻标记具有四个基准光栅和位于四个基准光栅上的四个比较光栅，第二基准光栅位于第一基准光栅一侧，第四基准光栅位于第三基准光栅一侧，且第三基准光栅位于第一基准光栅的条状区向两端的延伸方向上，第四基准光栅位于第二基准光栅的条状区向两端的延伸方向上，第三基准光栅和第四基准光栅与第一基准光栅的结构相同，且第三基准光栅相对于第一基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值，第四基准光栅相对于第二基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；位于第一基准光栅上方的第一比较光栅，所述第一比较光栅相对于第一基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值；位于第二基准光栅上方的第二比较光栅，所述第二比较光栅相对于第二基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；位于第三基准光栅上方的第三比较光栅，所述第三比较光栅相对于第三基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；位于第四基准光栅上方的第四比较光栅，所述第四比较光栅相对于第四基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值，在进行套刻精度的计算时，本发明的套刻测量精度只与测量第一基准光栅和第一比较光栅的衍射光获得的第一光强，测量第二基准光栅和第二比较光栅的衍射光获得的第二光强，测量第三基准光栅和第三比较光栅的衍射光获得的第三光强，测量第四基准光栅和第四比较光栅的衍射光获得的第一光强，以及第一偏移值有关，因而排除了介质层厚度或者形成比较栅极的材料在第一方向上的不同的两个位置的厚度差异对套刻测量精度的影响，因而提高了套刻测量的精度。
本发明的套刻测量方法，一束照射光依次对基底上的第一基准光栅和第一比较光栅，以及第二基准光栅和第二比较光栅进行照明，另一束照射光同时依次对第三基准光栅和第三比较光栅，以及第四基准光栅和第四比较光栅进行照明；检测套刻测量标记产生的衍射光，分别获得第一基准光栅和第一比较光栅对应的第一光强，第二基准光栅和第二比较光栅对应的第二光强，第三基准光栅和第三比较光栅对应的第三光强，第四基准光栅和第四比较光栅对应的第四光强；基于第一光强、第二光强、第三光强、第四光强获得套刻精度。两束照射光能同时对不同的光栅进行照射，相应的光栅产生衍射光，并检测相应的衍射光获得对应的光强，提高了套刻测量的效率和精度。
本发明的套刻测量装置在进行套刻精度的检测时，照射单元产生的一束照射光和其平行的另一束照射光可以同时对套刻标记中的两排平行的光栅同时进行照明，第一成像单元可以感应光栅产生的衍射光获得光强，因而提高了套刻测量的效率。
附图说明
图1～图3为本发明实施例基于衍射的套刻测量标记的结构示意图；
图4为本发明实施例套刻测量装置的结构示意图；
图5～图6为图4中的分光单元的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术所言，现有的基于衍射的套刻测量方法的精度仍有待提高。
研究发现，现有的套刻标记包括位于下层的两个基准光栅和位于上层对应的两个比较光栅，在实际的半导体制作工艺中，由于工艺的限制，下层基准光栅上形成的介质层不同位置的厚度存在差异或者用于形成上层两个比较光栅的光刻胶层在不同位置的厚度也存在差异，因而形成上层的两个比较光栅的顶部高度会不相同，在进行套刻标记检测时，不同高度的比较光栅对应获得的光强是不同的，使得套刻的测量精度会受到影响。
本发明的基于衍射的套刻测量标记、套刻测量方法和测量装置，能克服介质层不同位置的厚度存在差异或者用于形成光栅的材料差异带来套刻精度偏差，提高了套刻测量的精度。
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例做详细的说明。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～图3为本发明实施例基于衍射的套刻测量标记的结构示意图，请参考图1和图2，所述基于衍射的套刻测量标记包括：
基底(图中未示出)；
位于基底上的第一基准光栅101和第二基准光栅102，第二基准光栅102位于第一基准光栅101一侧，第一基准光栅101和第二基准光栅102均包括若干沿第一方向依次分布且相互平行的条状区和位于相邻条状区之间的凹陷区，条状区向两端的延伸方向为第二方向，第二方向与第一方向垂直；
位于基底上的第三基准光栅103和第四基准光栅104，第四基准光栅104位于第三基准光栅103一侧，且第三基准光栅103位于第一基准光栅101的条状区向两端的延伸方向上，第四基准光栅104位于第二基准光栅102的条状区向两端的延伸方向上，第三基准光栅103和第四基准光栅104与第一基准光栅101的结构相同，且第三基准光栅103相对于第一基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值d，第四基准光栅104相对于第二基准光栅102在第一方向的负向上偏移第一偏移值d；
位于第一基准光栅101上方的第一比较光栅201，所述第一比较光栅201相对于第一基准光栅101在第一方向的正向上偏移第一偏移值d；
位于第二基准光栅102上方的第二比较光栅202，所述第二比较光栅202相对于第二基准光栅102在第一方向的负向上偏移第一偏移值d；
位于第三基准光栅103上方的第三比较光栅203，所述第三比较光栅203相对于第三基准光栅103在第一方向的负向上偏移第一偏移值d；
位于第四基准光栅104上方的第四比较光栅204，所述第四比较光栅204相对于第四基准光栅104在第一方向的正向上偏移第一偏移值d；
第二基准光栅102、第一比较光栅201、第二比较光栅202、第三比较光栅203和第四比较光栅204的结构与第一基准光栅101的结构相同。
需要说明的是，所述第一方向是指从第一基准光栅101的中心与第二基准光栅102的中心连线所在的方向，并且从第一基准光栅101的中心指向第二基准光栅102的中心的方向为第一方向的正向，从第二基准光栅102的中心指向第一基准光栅101的中心的方向为第一方向的负向。
第二基准光栅102、第三基准光栅103、第四基准光栅104、第一比较光栅201、第二比较光栅202、第三比较光栅203和第四比较光栅204的结构与第一基准光栅101的结构相同，需要说明是结构相同是指第二基准光栅102、第三基准光栅103、第四基准光栅104、第一比较光栅201、第二比较光栅202、第三比较光栅203和第四比较光栅204的条状区和凹陷区的分布方向和延伸方向、条状区的数量和宽度以及间距与第一基准光栅101的条状区和凹陷区的分布方向和延伸方向、条状区的数量和宽度均相同。
所述形成基于衍射的套刻测量标记用于测量第一方向的套刻精度，本实施例中，请请参考图1和图2，以x轴作为第一方向，x轴的正方向作为第一方向的正向，x轴的负方向作为第一方向的负向，所述套刻测量标记用于测量x轴方向的套刻精度。在本发明的其他实施例中，请参考图3，以可以以y轴作为第一方向，y轴的正方向作为第一方向的正向，y轴的负方向作为第一方向的负向，所述套刻测量标记用于测量y轴方向的套刻精度。
请继续参考图1和图2，第一基准光栅101包括若干沿第一方向(本实施例为x轴方向)依次分布且相互平行的条状区101a和位于相邻条状区101a之间的凹陷区101b，条状区101a向两端的延伸方向为第二方向(本实施例为y轴方向)，第二方向(本实施例为y轴方向)与第一方向(本实施例为x轴方向)垂直。
在一实施例中，所述第一基准光栅101的条状区101a的宽度为0.4～0.6微米，条状区的数量为8～12，凹陷区101b的宽度为0.4～0.6微米，以方便套刻测量的进行，提高套刻测量的精度。
所述第一偏移量d小于凹陷区101b的宽度。
所述第三基准光栅103与第一基准光栅101之间的距离s等于第四基准光栅104与第二基准光栅102之间的距离。
研究发现，所述第三基准光栅103与第一基准光栅101之间的距离或者第四基准光栅104与第二基准光栅102之间的距离不能太大，在集成电路的制作工艺中，以使得第三基准光栅103与第一基准光栅101上方的介质层厚度或者光刻胶层的厚度差异较小(根据介质层和光刻胶层形成工艺特性，一般相邻的两个点之间的厚度差异很小)，相应的第三基准光栅103与第一基准光栅101上形成的第三比较光栅203和第一比较光栅201的顶部表面高度相等或差异很小，在进行第一方向的套刻精度的计算时，使得第三基准光栅103和第三比较光栅203对应的与厚度相关的系数K1等于第一基准光栅101和第一比较光栅201对应的与厚度相关的系数K1，同理，使得第四基准光栅104和第四比较光栅204对应的与厚度相关的系数K2等于第二基准光栅102和第二比较光栅202对应的与厚度相关的系数K2，并且所述第三基准光栅103与第一基准光栅101之间的距离或者第四基准光栅104与第二基准光栅102之间的距离容易增加测量的难度和测量装置设计难度；所述第三基准光栅103与第一基准光栅101之间的距离或者第四基准光栅104与第二基准光栅102之间的距离不能太小，太小的话相邻的基准光栅之间容易产生干扰。
在一实施例中，所述第三基准光栅103与第一基准光栅101之间的距离或者第四基准光栅104与第二基准光栅102之间的距离为5～10微米。
参考图2，所述基底包括半导体衬底100和位于半导体衬底100表面上的介质层110，所述第一基准光栅101、第二基准光栅102、第三基准光栅(图中未示出)和第四基准光栅(图中未示出)位于半导体衬底100表面，介质层110覆盖所述第一基准光栅101、第二基准光栅102、第三基准光栅和第四基准光栅；所述第一比较光栅201、第二比较光栅202、第三比较光栅(图中未示出)、第四比较光栅(图中未示出)位于介质层110表面上。
在一实施例中，所述第一比较光栅201的顶部表面的高度等于第三比较光栅的顶部表面高度，所述第二比较光栅202的顶部表面的高度等于第四比较光栅的顶部表面高度，且所述第二比较光栅202的顶部表面的高度与第一比较光栅201的顶部表面的高度不相同，所述第四比较光栅的顶部表面的高度与第三比较光栅的顶部表面的高度不相同。
所述第二比较光栅202的顶部表面的高度大于或小于第一比较光栅201的顶部表面的高度，所述第四比较光栅的顶部表面的高度大于或小于第三比较光栅的顶部表面的高度。本实施中，所述第二比较光栅202的顶部表面的高度(高度指第二比较光栅202的顶部表面与基底表面的垂直距离)大于第一比较光栅201的顶部表面的高度(高度指第一比较光栅201的顶部表面与基底表面的垂直距离)，第四比较光栅的顶部表面的高度大于第三比较光栅的顶部表面的高度，高度不同是由于形成第二比较光栅202(第四比较光栅)和第一比较光栅201(第二比较光栅)的材料(比如光刻胶等)的厚度不同造成两者的高度不同。在其他实施例中，第二比较光栅202和第一比较光栅201的高度不同是由底部介质层110表面的厚度不均匀造成的。
在本发明的其他实施例中，第二比较光栅的顶部表面的高度与第一比较光栅的顶部表面的高度也可以相同，所述第四比较光栅的顶部表面的高度与第三比较光栅的顶部表面的高度也可以相同，因而本发明的套刻测量标记也可以应用在厚度不存在差异时的套刻精度测量。
上述套刻标记获得套刻精度原理为：
A1＝K1(OV-d)；A2＝K2(OV+d)；A3＝K1(OV+d)；A4＝K2(OV-d)；
其中OV表示第一方向的套刻精度，A1表示测量的第一基准光栅101和第一比较光栅201的衍射光获得的第一光强，A2表示测量的第二基准光栅102和第二比较光栅202的衍射光获得的第二光强，A3表示测量的第三基准光栅103和第三比较光栅203的衍射光获得的第三光强，A4表示测量的第四基准光栅104和第四比较光栅204的衍射光获得的第一光强，d表示第一偏移值，K1表示与厚度相关的系数，K2表示与厚度相关的系数。
上述公式中，+d或者-d与本发明前述描述的套刻测量标记的结构相关，具体为一个光栅相对于另一个光栅的偏移方向和偏移量，计算A1和A3时均采用K1，表示第一比较光栅201和第二比较光栅202的高度相同，计算A2和A4时均采用K2，表示第二比较光栅202和第四比较光栅204的高度相同，K1和K2表示第一比较光栅201(或第二比较光栅202)与第二比较光栅202(或第四比较光栅204)的高度存在差异。
上述公式中，A1、A2、A3、A4通过套刻测量装置测量获得，为已知数，d为预设的偏移量也未已知数，OV，K1，K2均为未知数。
对上述四个公式进行变换，得到：
继续上述两个公式进行变化得到：
将定义为A*，即
进一步得到：
由于A1、A2、A3、A4和d都是已知量，未知的K1，K2不会影响套刻精度测量结果，因而可以获得第一方向的偏移值OV，因而在介质层厚度或者形成比较栅极的材料在第一方向上的不同的两个位置的厚度不同时，本发明的套刻测量标记仍能精确的得到套刻精度测量值。
本发明实施例还提供了一种对上述套刻标记进行套刻测量的方法，包括：
基底沿第一方向运动；
一束照射光依次对基底上的第一基准光栅和第一比较光栅，以及第二基准光栅和第二比较光栅进行照明，另一束照射光同时依次对第三基准光栅和第三比较光栅，以及第四基准光栅和第四比较光栅进行照明；各光栅在被照明时产生衍射光；
检测套刻测量标记产生的衍射光，分别获得第一基准光栅和第一比较光栅对应的第一光强，第二基准光栅和第二比较光栅对应的第二光强，第三基准光栅和第三比较光栅对应的第三光强，第四基准光栅和第四比较光栅对应的第四光强；
基于第一光强、第二光强、第三光强、第四光强获得套刻精度。
所述套刻精度的获得方式为：
其中，OV表示第一方向的套刻精度，d表示第一偏移值，A1表示第一光强，A2表示第二光强，A3表示第三光强，A4表示第四光强。
本发明实施例还包括一种用于测量上述的套刻标记的套刻测量装置，请参考图4，包括：
载台，用于装载形成有套刻测量标记的基底300，并使基底在检测位置沿第一方向运动；
照射单元310，用于发出两束对称的照射光，在基底沿第一方向运动时，其中一束照射光依次对基底上的第一基准光栅和第一比较光栅，以及第二基准光栅和第二比较光栅进行照明，另一束照射光同时依次对第三基准光栅和第三比较光栅，以及第四基准光栅和第四比较光栅进行照明；各光栅在被照明时产生衍射光；
第一成像单元309，用于接收第一基准光栅和第一比较光栅产生的衍射光获得第一光强，接收第二基准光栅和第二比较光栅产生的衍射光获得第二光强，接收第三基准光栅和第三比较光栅产生的衍射光获得第三光强，接收第四基准光栅和第四比较光栅产生的衍射光获得第四光强；
控制单元(图中未示出)，基于第一光强、第二光强、第三光强和第四光强获得套刻精度。
本实施中，所述第一方向为x轴方向，结合参考图1和图4，本发明的套刻测量装置进行套刻检测的过程为：图1所示的套刻标记形成在基底300上，然后将基底300传送到套刻测量装置的载台上，进行对准后，载台置于检测位置，接着载台沿第一方向(x轴正方向)运动，同时照射单元310发出的一束照射光13依次对基底300上的第一基准光栅101和第一比较光栅201，以及第二基准光栅102和第二比较光栅202进行照明，第一基准光栅101和第一比较光栅201被照射时产生衍射光，第二基准光栅102和第二比较光栅202产生衍射光，同时与照射光13平行的另一束照射光12依次对第三基准光栅103和第三比较光栅203，以及第四基准光栅104和第四比较光栅204进行照明，第三基准光栅103和第三比较光栅203被照射时产生衍射光，第四基准光栅104和第四比较光栅204被照射时产生衍射光；第一成像单元309，接收第一基准光栅101和第一比较光栅201产生的衍射光获得第一光强，接收第二基准光栅102和第二比较光栅202产生的衍射光获得第二光强，接收第三基准光栅103和第三比较光栅203产生的衍射光获得第三光强，接收第四基准光栅104和第四比较光栅204产生的衍射光获得第四光强；控制单元(图中未示出)接收第一成像单元309检测的第一光强、第二光强、第三光强和第四光强，基于第一光强、第二光强、第三光强和第四光强获得套刻精度。本发明的套刻测量装置在进行套刻精度的检测时，照射光13和其平行的另一束照射光12可以同时对套刻标记中的两排平行的光栅同时进行照明，第一成像单元309可以感应光栅产生的衍射光获得光强，因而提高了套刻测量的效率。
所述控制单元根据公式获得套刻测量精度；其中，OV表示第一方向的套刻精度，d表示第一偏移值，A1表示第一光强，A2表示第二光强，A3表示第三光强，A4表示第四光强。
所述照射单元310包括激光源301和分光单元302，所述激光源301用于产生激光束11，所述分光单元302用于将激光束11分为两束平行的照射光(照射光12和照射光13)并使两束照射光向检测位置传输。所述检测位置为在进行套刻标记的检测时，载台需要运行到的照射光可以对基底上的套刻标记进行照明的目标位置，或者所述检测位置为套刻测量装置的光学系统的在载台上的基底300所在的平面上的聚焦位置。
在一实施例中，请参考图5，所述分光单元302包括相互平行的第一分束镜302c和第二分束镜302d，部分激光束11经第一分束镜302c的反射形成一束照射光12，并向检测位置传输，部分激光束穿过第一分束镜302c向第二分束镜302d传输，经第二分束镜302d反射，形成另一束照射光13，并向检测位置传输。
还包括：第一调节单元，用于调节第一分束镜302c与第二分束镜302d之间的距离，从而调节两束照射光(12,13)之间的距离，使得两束照射光之间的距离与第一基准光栅101的中心与第三基准光栅103中心之间的距离相当，从而照射光12和照射光13可以精准的同时对套刻测量标记中的另行平行的光栅进行照明，以提高套刻测量的精度和效率。
在另一实施例中，请参考图6，所述分光单元302包括第一凹镜302a和第一凸镜302b，第一凹镜302a包括平坦的第一表面21和与第一表面21相对并且向第一表面21方向凹陷的第二表面22，所述第一凸镜302b包括平坦的第三表面23和与第三表面23相对并且向第三表面相反的方向凸起的第四表面24，第一凹镜302a和第一凸镜302b相互分开，并且第一凹镜302a的第二表面22与第一凸镜302b第四表面24正对，第二表面22的凹陷的与第四表面24的凸起的能相互吻合，激光束11从第一凹镜302a的第一表面21入射，经过第一凹镜302a的第二表面22、第一凸镜302b的第四表面24，在第一凸镜302的第三表面23上形成平行的两束光(12,13)。
所述第二表面22的凹陷的剖面图形为轴对称图形，第四表面24的凸起的剖面图形为轴对称图形，且两者的剖面形状的图形相同，参考图5，本实施例中，第二表面22的凹陷的剖面图形和第四表面24的凸起的剖面图形为“Λ”型。在其他实施例中，所述第二表面22的凹陷的剖面图形和第四表面24的凸起的剖面图形可以为对称的圆弧形。
所述激光束11沿垂直于第一凹镜302a的第一表面21的方向入射，穿过第一凹镜302a，在第一凹镜302a的凹陷的第二表面22上发生折射，分成与入射方向存在一定夹角的两束中间光束，两束中间光束在第一凸镜302b的凸起第四表面24上再次产生折射，形成平行的光束12和另一光束13，光束12和另一光束13穿过第一凸镜302b的第三表面23向检测位置的方向传输。
在一实施例中，当激光源产生的激光束不是垂直于第一凸镜302b的第一表面21的方向入射时，可以在激光束的传输路径上设置一反射镜或一分束镜改变激光束的传输方向，使得改变方向后的激光束沿垂直于第一凸镜302b的第一表面21的方向入射。
还包括：第二调节单元(图中未示出)，用于调节第一凹镜302a和第一凸镜302b之间的距离，从而调节两束照射光(12,13)之间的距离。
请继续参考图4，所述套刻测量装置，还包括：检测单元306，用于检测两平行照射光(12,13)的光强和距离，并将检测到的光强和距离发送给控制单元。
所述控制单元根据检测到的照射光12对应的光强以及另一束照射光13对应的光强，判断照射光12的光强和另一束照射光13的光强是否存在差异，若存在差异，则在进行套刻精度的测量时，在计算公式中加入校准因子，以提高套刻测量精度的准确性。
所述控制单元根据检测到的照射光12和另一束照射光13之间的距离，判断该检测到的距离与预设的距离是否存在差异，若存在差异，则控制单元向第一调节单元或第二调节单元发送调节指令，第一调节单元根据调节指令对第一分束镜302c(参考图5)和第二分束镜302d(参考图5)之间的距离进行调节，直至第一分束镜302c(参考图5)和第二分束镜302d(参考图5)之间的距离达到预设的距离，第二调节单元根据调节指令对第一凹镜302a(参考图6)和第一凸镜302b(参考图6)之间距离进行调节，直至第一凹镜302a(参考图6)和第一凸镜302b(参考图6)之间距离达到预设的距离。
在本发明的其他实施例中，可以通过手动调节第一分束镜302c(参考图5)和第二分束镜302d(参考图5)之间的距离，或者第一分束镜302c(参考图5)和第二分束镜302d(参考图5)之间的距离。
所述检测单元306包括第二成像单元304、第三分束镜305a和第四分束镜305b，第三分束镜305a和第四分束镜305b分别置于两束平行的照射光(12，13)向检测位置传输的光路上(本实施例中所述第三分束镜305a置于照射光12向检测位置传输的光路上，第四分束镜305b置于另一光束13向检测位置传输的光路)，两束平行的照射光(12，13)相应的分别在第三分束镜305a和第四分束镜305b的表面反射形成两束平行的反射光，平行的反射光被第二成像单元304接收，获得两束的平行的反射光对应的光强和两束平行反射光之间的距离。
还包括，传输透镜311，所述传输透镜311位于检测位置与第一成像单元309之间，用于将基底300上套刻测量标记产生的衍射光传输到第一成像单元309。所述第一成像单元309和第二成像单元304中包括阵列排布的若干光电传感器。
在一实施例中，所述传输透镜311至少包括第一透镜单元308和第二透镜单元307，所述第一透镜单元308适于将套刻测量标记产生的衍射光14转化为平行光，并使平行光向第二透镜单元307的方向传输，第二透镜单元307在接收到平行光时将该平行光汇聚到第一成像单元309。
两束平行的照射光(12，13)对称的分布在传输透镜311的光轴两侧，所述光轴为经过第一透镜单元308的中心点以及第二透镜单元307的中心点的直线，或者所述光轴为经过第一透镜单元308的中心点且垂直于位于检测位置的基底300表面的直线。
两束平行的照射光(12，13)在经过第一透镜单元308汇聚后，一束照射光依次对基底上的第一基准光栅和第一比较光栅，以及第二基准光栅和第二比较光栅进行照明，另一束照射光同时依次对第三基准光栅和第三比较光栅，以及第四基准光栅和第四比较光栅进行照明。
所述分光单元302、第三分束镜305a和第四分束镜305b位于第一透镜单元308和第二透镜单元307之间的传输光路上，激光源301和第二成像单元304位于第一透镜单元308和第二透镜单元307之间的传输光路之外。
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 (20)

1.一种基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，包括：
基底；
位于基底上的第一基准光栅和第二基准光栅，第二基准光栅位于第一基准光栅一侧，第一基准光栅和第二基准光栅均包括若干沿第一方向依次分布且相互平行的条状区和位于相邻条状区之间的凹陷区，条状区向两端的延伸方向为第二方向，第二方向与第一方向垂直；
位于基底上的第三基准光栅和第四基准光栅，第四基准光栅位于第三基准光栅一侧，且第三基准光栅位于第一基准光栅的条状区向两端的延伸方向上，第四基准光栅位于第二基准光栅的条状区向两端的延伸方向上，第三基准光栅和第四基准光栅与第一基准光栅的结构相同，且第三基准光栅相对于第一基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值，第四基准光栅相对于第二基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；
位于第一基准光栅上方的第一比较光栅，所述第一比较光栅相对于第一基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值；
位于第二基准光栅上方的第二比较光栅，所述第二比较光栅相对于第二基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；
位于第三基准光栅上方的第三比较光栅，所述第三比较光栅相对于第三基准光栅在第一方向的负向上偏移第一偏移值；
位于第四基准光栅上方的第四比较光栅，所述第四比较光栅相对于第四基准光栅在第一方向的正向上偏移第一偏移值；
第一比较光栅、第二比较光栅、第三比较光栅和第四比较光栅的结构与第一基准光栅的结构相同。
2.如权利要求1所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述第一基准光栅的条状区的宽度为0.4～0.6微米，条状区的数量为8～12，凹陷区的宽度为0.4～0.6微米。
3.如权利要求1所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述第一偏移量小于凹陷区的宽度。
4.如权利要求1所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述第三基准光栅与第一基准光栅之间的距离等于第四基准光栅与第二基准光栅之间的距离。
5.如权利要求4所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述第三基准光栅与第一基准光栅之间的距离或者第四基准光栅与第二基准光栅之间的距离为5～10微米。
6.如权利要求1所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述基底包括半导体衬底和位于半导体衬底表面上的介质层，所述第一基准光栅、第二基准光栅、第三基准光栅和第四基准光栅位于半导体衬底表面，介质层覆盖所述第一基准光栅、第二基准光栅、第三基准光栅和第四基准光栅；所述第一比较光栅、第二比较光栅、第三比较光栅、第四比较光栅位于介质层表面上。
7.如权利要求1或6所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述第一比较光栅的顶部表面的高度等于第三比较光栅的顶部表面高度，所述第二比较光栅的顶部表面的高度等于第四比较光栅的顶部表面高度，且所述第二比较光栅的顶部表面的高度与第一比较光栅的顶部表面的高度不相同，所述第四比较光栅的顶部表面的高度与第三比较光栅的顶部表面的高度不相同。
8.如权利要求7所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述第二比较光栅的顶部表面的高度大于或小于第一比较光栅的顶部表面的高度。
9.如权利要求7所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述第四比较光栅的顶部表面的高度大于或小于第三比较光栅的顶部表面的高度。
10.一种对如权利要求1～9任一项所述的套刻标记进行套刻测量的方法，其特征在于，包括：
基底沿第一方向运动；
一束照射光依次对基底上的第一基准光栅和第一比较光栅，以及第二基准光栅和第二比较光栅进行照明，另一束照射光同时依次对第三基准光栅和第三比较光栅，以及第四基准光栅和第四比较光栅进行照明；各光栅在被照明时产生衍射光；
检测套刻测量标记产生的衍射光，分别获得第一基准光栅和第一比较光栅对应的第一光强，第二基准光栅和第二比较光栅对应的第二光强，第三基准光栅和第三比较光栅对应的第三光强，第四基准光栅和第四比较光栅对应的第四光强；
基于第一光强、第二光强、第三光强、第四光强获得套刻精度。
11.如权利要求10所述的基于衍射的套刻测量标记，其特征在于，所述套刻精度的获得方式为： O V = d 1 + A * 1 - A * , A * = A 1 A 4 / A 2 A 3 ,
其中，OV表示第一方向的套刻精度，d表示第一偏移值，A1表示第一光强，A2表示第二光强，A3表示第三光强，A4表示第四光强。
12.一种用于测量如权利要求1～9任一项所述的套刻标记的套刻测量装置，其特征在于，包括：
载台，用于装载形成有套刻测量标记的基底，并使基底在检测位置沿第一方向运动；
照射单元，用于发出两束对称的照射光，在基底沿第一方向运动时，其中一束照射光依次对基底上的第一基准光栅和第一比较光栅，以及第二基准光栅和第二比较光栅进行照明，另一束照射光同时依次对第三基准光栅和第三比较光栅，以及第四基准光栅和第四比较光栅进行照明；各光栅在被照明时产生衍射光；
第一成像单元，用于接收第一基准光栅和第一比较光栅产生的衍射光获得第一光强，接收第二基准光栅和第二比较光栅产生的衍射光获得第二光强，接收第三基准光栅和第三比较光栅产生的衍射光获得第三光强，接收第四基准光栅和第四比较光栅产生的衍射光获得第四光强；
控制单元，基于第一光强、第二光强、第三光强和第四光强获得套刻精度。
13.如权利要求12所述的基于衍射的套刻测量装置，其特征在于，所述照射单元包括激光源和分光单元，所述激光源用于产生激光束，所述分光单元用于将激光束分为两束平行的照射光并使两束照射光向检测位置传输。
14.如权利要求13所述的基于衍射的套刻测量装置，其特征在于，所述分光单元包括相互平行的第一分束镜和第二分束镜，部分激光束经第一分束镜的反射形成一束照射光，并向检测位置传输，部分激光束穿过第一分束镜向第二分束镜传输，经第二分束镜反射，形成另一束照射光，并向检测位置传输。
15.如权利要求14所述的基于衍射的套刻测量装置，其特征在于，还包括：第一调节单元，用于调节第一分束镜与第二分束镜之间的距离，从而调节两束照射光之间的距离。
16.如权利要求13所述的基于衍射的套刻测量装置，其特征在于，所述分光单元包括第一凹镜和第一凸镜，第一凹镜包括平坦的第一表面和与第一表面相对并且向第一表面方向凹陷的第二表面，所述第一凸镜包括平坦的第三表面和与第三表面相对并且向第三表面相反的方向凸起的第四表面，第一凹镜和第一凸镜相互分开，并且第一凹镜的第二表面与第一凸镜第四表面正对，第二表面的凹陷的与第四表面的凸起的能相互吻合，激光束从第一凹镜的第一表面入射，经过第一凹镜的第二表面、第一凸镜的第四表面，在第一凸镜的第三表面上形成平行的两束光。
17.如权利要求16所述的基于衍射的套刻测量装置，其特征在于，还包括：第二调节单元，用于调节第一凹镜和第一凸镜之间的距离，从而调节两束照射光之间的距离。
18.如权利要求13所述的基于衍射的套刻测量装置，其特征在于，还包括：检测单元，用于检测两平行照射光的光强和距离，并将检测到的光强和距离发送给控制单元。
19.如权利要求18所述的基于衍射的套刻测量装置，其特征在于，所述检测单元包括第二成像单元、第三分束镜和第四分束镜，第三分束镜和第四分束镜分别置于两束平行的照射光向检测位置传输的光路上，两束平行的照射光相应的分别在第三分束镜和第四分束镜的表面反射形成两束平行的反射光，平行的反射光被第二成像单元接收，获得两束的平行的反射光对应的光强和两束平行反射光之间的距离。
20.如权利要求12所述的基于衍射的套刻测量装置，其特征在于，还包括，传输透镜，所述传输透镜位于检测位置与第一成像单元之间，用于将套刻测量标记产生的衍射光传输到第一成像单元。
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