CN107340689A - 一种测量套刻误差的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种测量套刻误差的装置和方法，在装置中增加能够将测量光调整为关于显微物镜光轴中心对称的测量光调整组件，使得测量光经过该套装置后经过套刻测量标记形成正负级次衍射光，并最终在探测器上显示正负级次衍射光的衍射光谱，并且衍射光谱上正级次衍射光和负级次衍射光的光谱互相错开，由控制系统根据该衍射光谱计算套刻误差，这样在光源选择时就可以使用宽波段光源，因此，这种装置和方法测量光波长范围更宽广且可使用任何光斑形状光源，这样获取的测量信号更加丰富，提高了测量精度，光能的利用率较高，对于小尺寸的套刻测量标记也能接收到测量光，因此也适应小尺寸的被测对象，使其更适应于精细化的半导体产品。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光刻领域，特别涉及一种测量套刻误差的装置和方法。
背景技术
根据ITRS(International technology Roadmap for Semiconductor，国际半导体技术规划)给出的光刻测量技术路线图，随着光刻图形的关键尺寸进入22nm及以下工艺节点，特别是双重曝光(Double Patterning)技术的广泛应用，对光刻工艺参数套刻(overlay)的测量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(Imaging-Based overlay，IBO)已逐渐不能满足新的工艺节点对套刻测量的要求。基于衍射光探测的套刻测量技术(Diffraction-Based overlay，DBO)正逐步成为套刻测量的主要手段。
由于衍射光的衍射角随入射光入射角度变化而改变，不同角度的入射光在被具有光栅结构的标记衍射后形成各个衍射级次的衍射光，各个衍射级次的衍射光形成的光强分布为反射光角分辨谱。如中国专利CN1916603A(申请号为：200510091733.1，公开日为2007年2月21日)中公开了一种环形照明模式下，各个衍射级次衍射光所形成的反射光角分辨谱在CCD探测器上的分布情况。
基于上述原理，美国专利US7791727B2(申请号为：10/918742，公开日为2006年12月16日)中公开了一种DBO技术，该技术测量光通过套刻标记而发生衍射和反射所形成的衍射光角分辨谱中，相同衍射级次间的非对称性得到套刻标记的套刻误差。
该专利中公开了该技术方案的装置结构图，如图1所示，光源2发出的光依次经过透镜组L2、滤镜装置30后形成窄带宽的入射光，物镜L1将入射光汇聚到基底6的套刻标记上。探测器32位于物镜L1的后焦面，套刻标记的衍射光被物镜L1收集后被反射面34反射从而被探测器32接收。探测器32测得光通过套刻标记在各个角度发生的衍射和反射形成的反射光角分辨谱。为了获得大范围的角分辨谱，该方案中使用大数值孔径(NA)的物镜L1。由于不同波长的衍射光的衍射角度不同，为了防止不同波长角谱间的重叠，该方案采用滤镜装置30对光源2发出的光进行滤波，形成窄带宽的测量光。原则上，该方案只能一次测量一个波长下的反射光角分辩谱。为了进行多波长测量，可使用该专利中提供的一种在物镜L1光瞳面40进行分光的方案，以便同时测量多个分立波长下的角分辩谱。尽管如此，该专利仍然只能测量有限个分立的波长。
由此可知，现有技术中用于套刻误差测量的测量光波长范围有限，面对复杂的半导体制造工艺，可能存在一定的工艺适应性问题。例如，若测量光的光波长正好是半导体上覆盖的薄膜膜厚的4倍，则容易发生干涉效应而使从套刻标记上反射光的反射率大大降低，从而造成测量精度的下降。其次，现有技术中使用的大NA物镜方案，具有较小的焦深范围。一般而言，测量光使用的有效数值孔径大于0.9，以典型的测量光波长600nm计算，则其有效焦深范围不到1um。因此，在测量过程中必须对焦面位置进行高精度的控制，这将影响测量速度和精度；此外，在这种情况下，若焦面控制不力，则测量光的光斑极易扩散到被测量的套刻标记外，形成大量杂光，严重干扰测量的过程。
因此有必要发明测量套刻误差的装置和方法，不但能够适应波段范围更广的测量光，还能够更好地适应趋于精细化的半导体。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种测量套刻误差的装置和方法，在装置中增加能够将测量光调整为关于显微物镜光轴中心对称的测量光调整组件，使得测量光经过该套装置后经过套刻测量标记形成正负级次衍射光，并最终在探测器上显示正负级次衍射光的衍射光谱，由控制系统根据该衍射光谱计算套刻误差，因此该装置与方法可以使用较宽波段的光源来测量套刻误差，这样测量光波长范围更宽广，衍射光谱为正负级次衍射光的光谱，因此获取的测量信号更加丰富，提高了测量精度，且光能的利用率较高，可以适应小尺寸的被测对象，使其更适应于现代趋于精细化的半导体产品。
为达到上述目的，本发明提供一种测量套刻误差的装置，包括
一照明系统，用于产生测量光；
一测量光调整组件；
一测量分光镜，用于将测量光分光，所述照明系统、测量光调整组件以及测量分光镜依次排在第一直线上；
一显微物镜，用于收集测量光，并投射至具有光栅结构的套刻测量标记的被测对象的表面；
一探测器，用于探测由光入射套刻测量标记后发生衍射形成的衍射光谱，所述探测器位于所述显微物镜的瞳面，且所述探测器、测量分光镜、显微物镜以及被测对象依次排列在第二直线上，所述第一直线与所述第二直线相交；
一控制系统，与所述探测器信号连接，用于根据所述探测器上显示的由套刻测量标记形成的衍射光谱，计算套刻误差；
所述测量光调整组件用于将测量光调整为关于所述显微物镜光轴中心对称，使得形成的衍射光谱上正级衍射光的光谱与负级衍射光的光谱相互错开。
作为优选，经过所述测量光调整组件的中心且垂直于所述测量光调整组件的直线与所述显微物镜的光轴关于所述测量分光镜的法线对称。
作为优选，所述测量光调整组件为一环形光阑或者狭缝，所述环形光阑由两个关于圆心对称的四分之一圆环组成。
作为优选，还包括一入射分光镜，位于所述照明系统与所述测量光调整组件之间。
作为优选，所述测量光调整组件为具有线性出射面的光纤簇。
作为优选，所述光纤簇的出射面为线性排列的光纤端面。
作为优选，所述光纤簇的出射面上还包括一准直组件，位于测量光从光纤簇出射面出射的光路上，所述准直组件用于准直从光纤簇出射的光。
作为优选，所述准直组件为凹透镜阵列或者自聚焦系统。
作为优选，所述光纤簇的入射面为二维矩形面或者三维结构。
作为优选，所述三维结构为半球形或者椭球形。
作为优选，还包括一监测光组件，位于测量光穿透所述测量分光镜后的光路上，从所述被测对象上反射和衍射测量光形成的测量光信号与从所述监测光组件上反射和衍射测量光形成的监测光信号作归一化处理。
作为优选，所述监测光组件依次包括：
一透镜组，位于测量光穿透所述测量分光镜后的光路上；
一监测光学元件，位于测量光穿透所述透镜组后的光路上，用于反射或者衍射测量光并且将反射光或者衍射光通过所述透镜组。
作为优选，所述监测光学元件为监测光栅，所述监测光栅的周期与所述套刻测量标记的光栅的周期相同，所述监测光栅倾斜放置，使得从监测光栅衍射出衍射光中仅有-1级衍射光能通过所述透镜组，在通过所述透镜组后到达所述测量分光镜并被所述测量分光镜反射至所述探测器。
作为优选，所述监测光学元件为两个相互垂直摆放的反射镜，穿透过所述透镜组的测量光被两个反射镜反射至所述测量分光镜，并被所述测量光分镜反射至所述探测器。
作为优选，所述被测对象由一承片台承载。
作为优选，还包括一起偏装置，位于测量光向所述探测器入射的光路上。
作为优选，所述起偏装置包括：
一起偏器，位于所述测量光调整组件与所述测量分光镜之间；
一检偏器，位于所述测量分光镜与所述探测器之间。
作为优选，还包括一补偿器，位于测量光从所述起偏器出射的光路上，用于测量具有偏振态的测量光的反射率变化和位相变化。
作为优选，所述照明系统产生的测量光为紫外光、可见光、红外光中的至少一种。
本发明还提供一种测量套刻误差的方法，由照明系统发出测量光，在照明系统与测量分光镜之间设置测量光调整组件，由所述测量光调整组件将测量光整形成为关于所述显微物镜光轴中心对称后，被测量分光镜反射，并经过显微物镜后入射至被测对象上，测量光经过被测对象衍射后形成正负级次的衍射光，正负级次衍射光依次通过显微物镜、测量分光镜到达探测器上形成正级次衍射光光谱与负级衍射光的光谱相互错开的衍射光谱，控制系统根据探测器上的衍射光谱计算得到被测对象的套刻误差。
作为优选，在测量光从所述测量光调整组件出射穿透所述测量分光镜后的光路上设置监测光组件，则测量光依次通过测量光调整组件、测量分光镜后入射至所述监测光组件，并被监测光组件反射和衍射至测量分光镜，并由测量分光镜反射至探测器，将从被测对象上反射和衍射测量光形成的测量光信号与从监测光组件上反射和衍射测量光形成的监测光信号作归一化处理，用于消除光强波动对测量套刻误差的干扰。
作为优选，具体包括以下步骤：
步骤一：计算所述探测器显示的衍射光谱上每个像素点的灵敏度，设定灵敏度的阈值，将衍射光谱上灵敏度小于阈值的像素点滤除；
步骤二：生成表征测量光的正级衍射光光强与负级衍射光光强之差与步进单位套刻误差值时在控制系统中生成的图像之间的关系；
步骤三：根据步骤二得到的正级衍射光光强与负级衍射光光强之差与步进单位套刻误差值时在控制系统中生成的图像之间的关系进行迭代递归，每次迭代产生中间图像，当迭代计算得到对称的中间图像，则完成迭代，则迭代形成的总步长即为所述套刻测量标记的套刻误差。
作为优选，在被测对象上制作两个排列成行的套刻测量标记，分别为第一套刻测量标记和第二套刻测量标记，第一套刻测量标记设定第一套刻测量标记所在的图案化光刻胶与上层图案化光刻胶的套刻误差为0，第二套刻测量标记设定上层的图案化光刻胶与第二套刻测量标记所在的图案化光刻胶的偏移量为Δ。
作为优选，步骤一中计算探测器显示的衍射光谱上每个像素点的灵敏度的方法为其中Right_Intensity为照射在第一套刻测量标记上的光强，Left_Intensity为照射在第二套刻测量标记上的光强。
作为优选，步骤二中的生成表征测量光的正级衍射光光强与负级衍射光光强之差与单位套刻误差值之间的关系图时，依据的公式为：其中OV_step_map为运行一个步进单位OV_step套刻误差时所对应的探测器接收到的光强变化量在控制系统上的图像。
作为优选，步骤三中每次迭代产生的中间图像所对应的中间图像值
pad_ov＝Left_Intensity-m*OV_step_map，其中m为迭代的循环次数，当pad_ov值为0时，m所对应的值为n，则套刻测量标记的套刻误差OV_value＝n×OV_step。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种测量套刻误差的装置，包括
一照明系统，用于产生测量光；
一测量光调整组件；
一测量分光镜，用于将测量光分光，所述照明系统、测量光调整组件以及测量分光镜依次排在第一直线上；
一显微物镜，用于收集测量光，并投射至具有光栅结构的套刻测量标记的被测对象的表面；
一探测器，用于探测由光入射套刻测量标记后发生衍射形成的衍射光谱，所述探测器位于所述显微物镜的瞳面，且所述探测器、测量分光镜、显微物镜以及被测对象依次排列在第二直线上，所述第一直线与所述第二直线相交；
一控制系统，与所述探测器信号连接，用于根据所述探测器上显示的由套刻测量标记形成的衍射光谱，计算套刻误差；
所述测量光调整组件用于将测量光调整为关于所述显微物镜光轴中心对称，使得形成的衍射光谱上正级衍射光的光谱与负级衍射光的光谱相互错开。
本发明还提供一种测量套刻误差的方法，由照明系统发出测量光，在照明系统与测量分光镜之间设置测量光调整组件，由所述测量光调整组件将测量光整形成为关于所述显微物镜光轴中心对称后，被测量分光镜反射，并经过显微物镜后入射至被测对象上，测量光经过被测对象衍射后形成正负级次的衍射光，正负级次衍射光依次通过显微物镜、测量分光镜到达探测器上形成正级次衍射光光谱与负级衍射光的光谱相互错开的衍射光谱，控制系统根据探测器上的衍射光谱计算得到被测对象的套刻误差。
本发明提出了一种测量套刻误差的装置和方法，在装置中增加能够将测量光调整为关于所述显微物镜光轴中心对称的测量光调整组件，使得测量光经过该套装置后经过套刻测量标记形成正负级次衍射光，并最终在探测器上显示正负级次衍射光的衍射光谱，并且衍射光谱上正级次衍射光和负级次衍射光的光谱互相错开，因此相互之间并不干扰，由控制系统根据该衍射光谱计算套刻误差，这样在光源选择时就可以使用宽波段光源，如红外光、紫外光、可见光或者这几种光的组合光，且由于具有测量光调整组件，可以使用面光源、线光源或者点光源，因此，这种装置和方法测量光波长范围更宽广、可使用任何光斑形状光源，这样获取的测量信号更加丰富，提高了测量精度，且由于光能的利用率较高，对于小尺寸的套刻测量标记也能接收到测量光，因此这种装置和方法也适应小尺寸的被测对象，使其更适应于现代趋于精细化的半导体产品。
附图说明
图1为现有技术中测量套刻误差的装置结构示意图；
图2为本发明实施例一测量套刻误差的装置结构示意图；
图3为本发明实施例一被测对象截面示意图；
图4为本发明实施例一测量衍射光强随着套刻值的变化而变化的示意图；
图5为本发明实施例一第一套刻测量标记示意图；
图6为本发明实施例一第二套刻测量标记的示意图；
图7为本发明实施例一正负级次衍射光与衍射效率之间的关系图；
图8为本发明实施例一滤除灵敏度较差的像素点后的变化示意图；
图9为本发明实施例一生成的套刻误差与正负级次光强差的关系图；
图10为本发明实施例一光纤簇结构示意图；
图11为图10中光纤出口端面排列示意图；
图12为图10中入射面结构示意图；
图13为本发明实施例一步进单位套刻误差时光强变化图；
图14为本发明实施例一测量光信号与监测光信号在探测器上显示图；
图15为本发明实施例二光纤簇结构示意图；
图16为本发明实施例三光阑结构示意图；
图17为本发明实施例四测量套刻误差的装置结构示意图；
图18为本发明实施例四监测光信号和测量光信号显示图；
图19为本发明实施例五监测光信号和测量光信号显示图；
图20为本发明实施例六监测光信号和测量光信号显示图。
图1中：2-光源、30-滤镜装置、32-探测器、34-反射面、40-光瞳面、6-基底、L1-物镜、L2-透镜组；
本发明图示：41-光源、43-光纤簇、432-入射面、437-光纤、44-出射面、45-测量分光镜、46-显微物镜、47-被测对象、471-第一套刻测量标记、472-第二套刻测量标记、48-承片台、49-透镜组、410-监测光栅、411-探测器、414-监测光谱、4151-第一衍射光谱、4152-第二衍射光谱、4153-第三衍射光谱、4154-第四衍射光谱、4171-第一光阑、419-反射镜。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例一
请参照图2，本发明提供一种测量套刻误差的装置，包括
一照明系统，用于产生测量光，照明系统中至少包括一个光源41，光源41为宽波带光源，可以是面光源、线光源或者点光源，以及具有其它光斑形状的光源，照明系统产生的测量光为紫外光、可见光、红外光中的至少一种。
一测量光调整组件，经过测量光调整组件的中心且垂直于测量光调整组件的直线与显微物镜46的光轴关于测量分光镜45的法线对称，使用这样的入射角度，使得从测量分光镜45上反射的光皆能垂直入射显微物镜46，保证最大程度的收集入射光。
本实施例中测量光调整组件为光纤簇43，请参照图11，光纤簇43具有线性出射面，具体为光纤437的端面呈线性排列。
一测量分光镜45，用于将测量光分光，且与照明系统、测量光调整组件依次排列成第一直线。
一显微物镜46，用于收集测量光，并投射至具有光栅结构的套刻测量标记的被测对象47的表面。
其中被测对象47上的套刻测量标记，用于反射和衍射测量光，套刻测量标记一般在掩膜版上，位于掩膜版上非图案区域，套刻测量标记包括两个排列成行的第一套刻测量标记471和第二套刻测量标记472，在制作掩膜版时，第一套刻测量标记471设定为与上一版掩膜版上的第一套刻测量标记471的套刻误差为0，第二套刻测量标记472设定为与上一版掩膜版上的第二套刻测量标记472的预设偏移量为Δ；
还包括一探测器411，用于探测由套刻测量标记形成的衍射光谱，探测器411位于显微物镜46的瞳面，且与测量分光镜45、显微物镜46、被测对象47依次排列成第二直线，上述第一直线与第二直线相交，因此形成了图2的结构；
还包括一控制系统(未图示)，与探测器411信号连接，用于根据探测器411上显示的由套刻测量标记形成的衍射光谱，计算套刻误差；
测量光调整组件也就是光源整形系统，用于将测量光整形为关于显微物镜46光轴中心对称，使得形成的衍射光谱上正级衍射光的光谱与负级衍射光的光谱相互错开，也就是使两者互不干扰，这样控制系统在计算时可避免很多误差。
在本实施例中，请参照图10和图11，测量光调整组件即为具有线性出射面的光纤簇43，光纤簇43中具有若干根光纤437，光纤437一般直径很小，可达几百微米，由于光经过光纤437后出射出的光方向杂乱，因此在光纤簇43的出射面设置一准直组件(未图示)，使用较常见的准直组件，如凹透镜阵列或者自聚焦系统，准直组件将从光纤437出射的光整形为相互平行的光，这样使得在测量时入射被测对象47光线均匀，从根源处减少误差。
较佳地，请参照图12，光纤簇43的入射面为二维矩形面，即光纤437入射的端面排列形成矩形。
较佳地，为了提高测量的准确性，设置能够提供参考光的装置，具体为一监测光组件，请参照图2，监测光组件位于测量光穿透测量分光镜45后的光路上，其具体包括
一透镜组49，位于测量光穿透测量分光镜45后的光路上；
一监测光学元件，位于测量光穿透透镜组49后的光路上，用于反射或者衍射测量光并且将反射光或者衍射光通过透镜组49，具体地，本实施例中的监测光学元件为监测光栅410，监测光栅410的周期与套刻测量标记的光栅的周期相同，且监测光栅410倾斜放置，使得从监测光栅410衍射出的衍射光中仅有-1级衍射光能通过透镜组49，其余0级和+1级衍射光的光路不通过透镜组49，当-1级衍射光通过透镜组49后到达测量分光镜45并被测量分光镜45反射至探测器411。
请参照图14，从被测对象47上反射和衍射的测量光形成的为测量光信号，本实施例中由于使用线性光源，因此在探测器411上显示的光谱为第一衍射光谱4151，从监测光组件上反射和衍射测量光形成的为监测光信号，在探测器411上显示为监测光谱414，将监测光信号作为一种参考对比量，控制系统将测量光信号与监测光信号作归一化处理，经过归一化处理后，计算的套刻误差能够消除宽波段光源中部分波段光强的扰动对套刻误差测量的影响。
请参照图2和图3，本发明提供的测量装置主要用于测量被测对象47套刻误差，被测对象47为一硅片，放置在光刻机工件台的承片台48上，硅片上具有至少两层图案化的光刻胶，测量的套刻误差即为同一个位置上两层图案化光刻胶之间的覆盖误差。当硅片上制作完成第一层图案化光刻胶后，在后续工艺中还需要再次涂覆一层光刻胶，并使该层光刻胶图案化，但由于第二次图案化光刻胶时其在掩膜对准时可能并未与第一层图案化光刻胶的图案对准，因此才会造成上述图案化光刻胶的覆盖误差。
请参照图4，当两层图案化光刻胶之间具有套刻误差时，从光刻胶上衍射出来的光会产生变化，当套刻误差值等于零时，各正负高级次衍射光强相等，当套刻误差值不等于零时，各正负高级次衍射光强不相等，并且当套刻误差值在零点附近时，衍射光强与套刻误差值成线性关系。
基于上述原理，本发明提供一种基于上述测量装置的测量套刻误差的方法，由光源41发出测量光，由测量光调整组件将测量光整形成为关于显微物镜46光轴中心对称后，被测量分光镜45反射，并经过显微物镜46后入射至被测对象47的套刻测量标记上，测量光经过套刻测量标记衍射后形成正负级次的衍射光，正负级次衍射光依次通过显微物镜46、测量分光镜45到达探测器411上形成正级次衍射光光谱与负级衍射光的光谱相互错开的衍射光谱，控制系统根据探测器411上的衍射光谱计算得到被测对象47的套刻误差。
请参照图5与图6，使用本发明提供的测量方法，要求被测对象47上具有至少两个套刻测量标记，分别为第一套刻测量标记471和第二套刻测量标记472，这两个标记分别位于硅片的两侧，位于非图案区域，两者之间间隔着有效图案区域，在设计掩膜版时，设定第一套刻测量标记471与下层光刻胶之间的套刻误差为0，但由于两次掩膜曝光必定存在对准误差，因此必定会产生套刻误差ε，因此第一套刻测量标记471与下层光刻胶之间的偏移量为0+ε＝ε，设定第二套刻测量标记472与下层光刻胶之间的产生了预设偏移量Δ，那么经过第二次掩膜曝光后，实际上形成的偏移量即为ε+Δ。
使用上述套刻测量标记，测量套刻误差具体包括以下步骤：
步骤一：请参照图7与图8，计算探测器411显示的衍射光谱上每个像素点的灵敏度其中Right_Intensity为照射在第一套刻测量标记471上的光强，Left_Intensity为照射在第二套刻测量标记472上的光强，对于照射在第一套刻测量标记471上的正负光强分别为
Right_Intensity_Positive＝k·(ε+Δ)+b，
Right_Intensity_Nagetive＝-k·(ε+Δ)+b，对于照射在第二套刻测量标记472上的正负光强分别为Left_Intensity_Positive＝k·ε+b，
Left_Intensity_Nagetive＝-k·ε+b，其中k为该装置所存在的测量工艺参数，b为光强的基本值，也就是套刻误差值为0时的光强值，ε为套刻误差值。
请参照图7，图中灵敏度较差的点，其纵坐标并未随着横坐标的变化而发生较大的变化，因此需要将其滤除，滤除方法为根据经验设定灵敏度的阈值，将计算得到的灵敏度小于阈值的像素点滤除，滤除后如图8所示。
步骤二：请参照图9，生成表征测量光的正级衍射光光强与负级衍射光光强之差与步进单位套刻误差值时在控制系统中生成的map(图像)之间的关系。
生成关系图依据的公式为：
其中OV_step_map为运行一个步进单位OV_step套刻误差时所对应的探测器411接收到的光强变化量在控制系统上的图像，其对应的图像请参照图13所示，其中OV_step是个常数值。
步骤三：利用计算机系统的迭代递归计算套刻误差值，即根据步骤二得到的正级衍射光光强与负级衍射光光强之差与单位套刻误差值之间的关系进行迭代递归，具体为计算每次迭代产生的中间图象map对应的计算值
pad_ov＝Left_Intensity-m*OV_step_map，其中m为迭代的循环次数，
当计算得到的pad_ov对应的中间图像map接近于无偏差时，也就是pad_ov的值接近于0时，得到此时m所对应的值为n，则套刻测量标记的套刻误差OV_value＝n×OV_step。
此外为了提高测量的精确度，请参照图2和图14，在测量光从测量光调整组件出射穿透测量分光镜45后的光路上设置监测光组件，则测量光依次通过测量光调整组件、测量分光镜45后入射至监测光组件，并被监测光组件反射和衍射后至测量分光镜45，并由测量分光镜45反射至探测器411，将从被测对象47上反射和衍射测量光形成的测量光信号与从监测光组件上反射和衍射测量光形成的监测光信号作归一化处理，用于消除杂散光对测量套刻误差的干扰。
实施例二
请参照图15，本实施例与实施例一的区别在于光纤簇43的入射面432为一三维结构，如图15所示的半球形，也可为椭球形，这种球形的入射面能够增大入射面的表面积，能够收集更多的入射光。
实施例三
请参照图16，本实施例与实施例一的区别在于测量光调整组件为一环形第一光阑4171，环形第一光阑4171由两个关于圆心对称的四分之一圆环组成，也即该两个四分之一圆环处为遮光处，其余皆为透光处。
实施例四
请参照图17，本实施例与实施例三的区别在于，监测光元件为两个相互之间夹角为90°的反射镜419，穿透过透镜组49的测量光被两个反射镜419反射至测量分光镜45，并被测量光分镜45反射至探测器411，由于监测光谱414由反射镜419形成，因此形成的监测光谱414与测量光信号形成的第二衍射光谱4152如图18所示。
实施例五
请参照图19，本实施例与实施例三的区别在于使用的第二光阑(未图示)的形状为两个关于中心对称的半弦，且监测光元件与实施例四相同，因此得到的监测光谱414与测量光信号形成的第三衍射光谱4153如图19所示。
实施例六
请参照图20，本实施例与实施例五的区别在于使用的第三光阑(未图示)为实施例五的第二光阑顺时针旋转90°形成，得到的监测光谱414与测量光形成的第四衍射光谱4154如图20所示。
实施例七
本实施例与实施例一区别在于测量光调整组件为一狭缝(未图示)。
实施例八
本实施例与实施例七的区别在于具有两个狭缝，在照明系统与测量光调整组件设置一入射分光镜(未图示)，入射分光镜将测量光分为两束相同的光并分别入射两个狭缝。
实施例九
本实施例与实施例八的区别在于在狭缝与测量分光镜45之间设置快门(未图示)，用于遮挡对测量产生干扰的非测量光束。
实施例十
本实施例与实施例一的区别在于在装置中增加一滤光装置(未图示)，该滤光装置位于测量光向被测对象47入射的光路上，如可设置在照明系统上，当光源41发出测量光后经过滤光装置，可以滤除具有较窄带宽的测量光，更有利于测量。
实施例十一
本实施例与实施例一的区别在于还包括一起偏装置(未图示)，位于测量光向探测器411入射的光路上，使得测量光变为具有偏振态的光。
具体地，起偏装置包括：
一起偏器，位于测量光调整组件与测量分光镜45之间；
一检偏器，位于测量分光镜45与探测器411之间。
较佳地，还包括一补偿器，位于测量光从起偏器出射的光路上，用于测量具有偏振态的测量光的反射率变化和位相变化。
在装置中加入起偏器，使得测量光变为具有TE模或者TM模的偏振光，但具体根据被测对象47的情况而选择TE模还是TM模，由于TE模和TM模对于同一被测对象47的反射率并不相同，如被测的物体为金属且具有线性的光栅结构，则TE模更容易被线性光栅吸收，因此反射效率低，最后则导致影响测量工艺参数k。一般来说，k越大，则会将套刻误差值ε放大而体现在测得的光强值中，从而容易被控制系统计算得到，这样提高了测量精度，因此需要根据测量工艺以及被测物体选择不同性质的偏振光。
本发明对上述实施例进行了描述，但本发明不仅限于上述实施例，显然本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (26)
1.一种测量套刻误差的装置，其特征在于，包括
一照明系统，用于产生测量光；
一测量光调整组件；
一测量分光镜，用于将测量光分光，所述照明系统、测量光调整组件以及测量分光镜依次排在第一直线上；
一显微物镜，用于收集测量光，并投射至具有光栅结构的套刻测量标记的被测对象的表面；
一探测器，用于探测由光入射套刻测量标记后发生衍射形成的衍射光谱，所述探测器位于所述显微物镜的瞳面，且所述探测器、测量分光镜、显微物镜以及被测对象依次排列在第二直线上，所述第一直线与所述第二直线相交；
一控制系统，与所述探测器信号连接，用于根据所述探测器上显示的由套刻测量标记形成的衍射光谱，计算套刻误差；
所述测量光调整组件用于将测量光调整为关于所述显微物镜光轴中心对称，使得形成的衍射光谱上正级衍射光的光谱与负级衍射光的光谱相互错开。
2.如权利要求1所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，经过所述测量光调整组件的中心且垂直于所述测量光调整组件的直线与所述显微物镜的光轴关于所述测量分光镜的法线对称。
3.如权利要求2所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，所述测量光调整组件为一环形光阑或者狭缝，所述环形光阑由两个关于圆心对称的四分之一圆环组成。
4.如权利要求1所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，还包括一入射分光镜，位于所述照明系统与所述测量光调整组件之间。
5.如权利要求2所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，所述测量光调整组件为具有线性出射面的光纤簇。
6.如权利要求5所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，所述光纤簇的出射面为线性排列的光纤端面。
7.如权利要求5所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，所述光纤簇的出射面上还包括一准直组件，位于测量光从光纤簇出射面出射的光路上，所述准直组件用于准直从光纤簇出射的光。
8.如权利要求7所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，所述准直组件为凹透镜阵列或者自聚焦系统。
9.如权利要求5所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，所述光纤簇的入射面为二维矩形面或者三维结构。
10.如权利要求9所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，所述三维结构为半球形或者椭球形。
11.如权利要求1所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，还包括一监测光组件，位于测量光穿透所述测量分光镜后的光路上，从所述被测对象上反射和衍射测量光形成的测量光信号与从所述监测光组件上反射和衍射测量光形成的监测光信号作归一化处理。
12.如权利要求11所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，所述监测光组件依次包括：
一透镜组，位于测量光穿透所述测量分光镜后的光路上；
一监测光学元件，位于测量光穿透所述透镜组后的光路上，用于反射或者衍射测量光并且将反射光或者衍射光通过所述透镜组。
13.如权利要求12所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，所述监测光学元件为监测光栅，所述监测光栅的周期与所述套刻测量标记的光栅的周期相同，所述监测光栅倾斜放置，使得从监测光栅衍射出衍射光中仅有-1级衍射光能通过所述透镜组，在通过所述透镜组后到达所述测量分光镜并被所述测量分光镜反射至所述探测器。
14.如权利要求12所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，所述监测光学元件为两个相互垂直摆放的反射镜，穿透过所述透镜组的测量光被两个反射镜反射至所述测量分光镜，并被所述测量光分镜反射至所述探测器。
15.如权利要求1所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，所述被测对象由一承片台承载。
16.如权利要求1所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，还包括一起偏装置，位于测量光向所述探测器入射的光路上。
17.如权利要求16所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，所述起偏装置包括：
一起偏器，位于所述测量光调整组件与所述测量分光镜之间；
一检偏器，位于所述测量分光镜与所述探测器之间。
18.如权利要求16所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，还包括一补偿器，位于测量光从所述起偏器出射的光路上，用于测量具有偏振态的测量光的反射率变化和位相变化。
19.如权利要求1所述的测量套刻误差的装置，其特征在于，所述照明系统产生的测量光为紫外光、可见光、红外光中的至少一种。
20.一种测量套刻误差的方法，其特征在于，由照明系统发出测量光，在照明系统与测量分光镜之间设置测量光调整组件，由所述测量光调整组件将测量光整形成为关于所述显微物镜光轴中心对称后，被测量分光镜反射，并经过显微物镜后入射至被测对象上，测量光经过被测对象衍射后形成正负级次的衍射光，正负级次衍射光依次通过显微物镜、测量分光镜到达探测器上形成正级次衍射光光谱与负级衍射光的光谱相互错开的衍射光谱，控制系统根据探测器上的衍射光谱计算得到被测对象的套刻误差。
21.如权利要求20所述的测量套刻误差的方法，其特征在于，在测量光从所述测量光调整组件出射穿透所述测量分光镜后的光路上设置监测光组件，则测量光依次通过测量光调整组件、测量分光镜后入射至所述监测光组件，并被监测光组件反射和衍射至测量分光镜，并由测量分光镜反射至探测器，将从被测对象上反射和衍射测量光形成的测量光信号与从监测光组件上反射和衍射测量光形成的监测光信号作归一化处理，用于消除光强波动对测量套刻误差的干扰。
22.如权利要求21所述的测量套刻误差的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：计算所述探测器显示的衍射光谱上每个像素点的灵敏度，设定灵敏度的阈值，将衍射光谱上灵敏度小于阈值的像素点滤除；
步骤二：生成表征测量光的正级衍射光光强与负级衍射光光强之差与步进单位套刻误差值时在控制系统中生成的图像之间的关系；
步骤三：根据步骤二得到的正级衍射光光强与负级衍射光光强之差与步进单位套刻误差值时在控制系统中生成的图像之间的关系进行迭代递归，每次迭代产生中间图像，当迭代计算得到对称的中间图像，则完成迭代，则迭代形成的总步长即为所述套刻测量标记的套刻误差。
23.如权利要求22所述的测量套刻误差的方法，其特征在于，在被测对象上制作两个排列成行的套刻测量标记，分别为第一套刻测量标记和第二套刻测量标记，第一套刻测量标记设定第一套刻测量标记所在的图案化光刻胶与上层图案化光刻胶的套刻误差为0，第二套刻测量标记设定上层的图案化光刻胶与第二套刻测量标记所在的图案化光刻胶的偏移量为Δ。
24.如权利要求23所述的测量套刻误差的方法，其特征在于，步骤一中计算探测器显示
的衍射光谱上每个像素点的灵敏度的方法为
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其中Right_Intensity为照射在第一套刻测量标记上的光强，Left_Intensity为照射在第
二套刻测量标记上的光强。
25.如权利要求24所述的测量套刻误差的方法，其特征在于，步骤二中的生成表征测量
光的正级衍射光光强与负级衍射光光强之差与单位套刻误差值之间的关系图时，依据的公
式为：
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其中OV_step_map为运行一个步
进单位OV_step套刻误差时所对应的探测器接收到的光强变化量在控制系统上的图像。
26.如权利要求25所述的测量套刻误差的方法，其特征在于，步骤三中每次迭代产生的中间图像所对应的中间图像值
pad_ov＝Left_Intensity-m*OV_step_map，其中m为迭代的循环次数，当pad_ov值为0时，m所对应的值为n，则套刻测量标记的套刻误差OV_value＝n×OV_step。
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