CN112859528B - 一种套刻误差测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种套刻误差测量装置及测量方法。装置包括光源、光束传输模块、镜头及测量模块；测量模块包括第一成像单元、第二成像单元及处理单元；光源提供照明光束；光束传输模块将照明光束传输至镜头；接收待测物体衍射并经镜头透射后的信号光束并分束成第一信号光束和第二信号光束；第一信号光束包括待测物体的负级次衍射光，第二信号光束包括正级次衍射光，第一信号光束传输至第一成像单元，第二信号光束传输至第二成像单元；处理单元根据第一成像单元和第二成像单元获取的信号计算待测物体的套刻误差。本发明实施例的技术方案，可同时测量套刻标记的正/负级次衍射光，无需进行光阑切换，提高套刻误差测量效率，提高产率。

Description

一种套刻误差测量装置及测量方法

技术领域

本发明实施例涉及半导体技术，尤其涉及一种套刻误差测量装置及测量方法。

背景技术

根据国际半导体技术蓝图(International Technology Roadmap forSemiconductors，ITRS)给出的光刻测量技术路线图，随着光刻图形关键尺寸(CriticalDimension，CD)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。

基于衍射光的套刻测量技术的基本原理为：在待测物体上形成包括上下两层光栅的套刻测量标记，当测量光正入射到套刻测量标记时，利用套刻误差引起的标记结构不对称性，正/负级次衍射光的光强大小不对称，利用光强差异计算待测物体的套刻误差。现有的套刻误差测量装置，在测量正级次衍射光时，需要设置光阑遮挡0级和负级次衍射光，测量负级次衍射光时，需要设置光阑遮挡0级和正级次衍射光，即一次测量必须至少切换一次光阑，导致测量速度慢，对产率有很大的影响。

发明内容

本发明实施例提供一种套刻标记测量装置及测量方法，该装置可以同时测量套刻标记的正/负级次衍射光，无需进行光阑切换，可以提高套刻误差测量效率，提高产率。

第一方面，本发明实施例提供一种套刻误差测量装置，包括光源、光束传输模块、镜头以及测量模块；

所述测量模块包括第一成像单元、第二成像单元以及处理单元，所述第一成像单元和所述第二成像单元均与所述处理单元连接；

所述光源用于提供照明光束；

所述光束传输模块用于将所述照明光束传输至所述镜头，且所述照明光束在所述镜头的瞳面形成预设照明分布；

所述光束传输模块还用于接收待测物体衍射并经所述镜头透射后的信号光束并分束形成第一信号光束和第二信号光束；

其中，所述信号光束中包括所述照明光束经过所述待测物体衍射的正级次衍射光、负级次衍射光以及0级次衍射光，所述第一信号光束由部分所述信号光束中滤除0级衍射光以及正级次衍射光得到，所述第二信号光束由部分所述信号光束中滤除0级衍射光以及负级次衍射光得到，所述第一信号光束传输至所述第一成像单元，所述第二信号光束传输至所述第二成像单元；

所述处理单元用于根据所述第一成像单元和所述第二成像单元获取的信号计算所述待测物体的套刻误差。

第二方面，本发明实施例还提供一种套刻误差测量方法，采用上述的套刻误差测量装置执行，所述套刻误差测量方法包括：

光源产生照明光束；

光束传输模块将所述照明光束传输至所述镜头，接收待测物体衍射并经所述镜头透射后的信号光束并分束形成第一信号光束和第二信号光束；

其中，所述照明光束在所述镜头的瞳面形成预设照明分布，所述信号光束中包括所述照明光束经过所述待测物体衍射的正级次衍射光、负级次衍射光以及0级次衍射光，所述第一信号光束由部分所述信号光束中滤除0级衍射光以及正级次衍射光得到，所述第二信号光束由部分所述信号光束中滤除0级衍射光以及负级次衍射光得到，所述第一信号光束传输至第一成像单元，所述第二信号光束传输至第二成像单元；

处理单元根据所述第一成像单元和所述第二成像单元获取的信号计算所述待测物体的套刻误差。

本发明实施例提供的套刻误差测量装置，包括光源、光束传输模块、镜头以及测量模块；测量模块包括第一成像单元、第二成像单元以及处理单元，第一成像单元和第二成像单元均与处理单元连接；通过光源提供照明光束；通过光束传输模块将照明光束传输至镜头，且照明光束在镜头的瞳面形成预设照明分布；再通过光束传输模块接收待测物体衍射并经镜头透射后的信号光束并分束形成第一信号光束和第二信号光束；其中，信号光束中包括照明光束经过待测物体衍射的正级次衍射光、负级次衍射光以及0级次衍射光，第一信号光束由部分信号光束中滤除0级衍射光以及正级次衍射光得到，第二信号光束由部分信号光束中滤除0级衍射光以及负级次衍射光得到，第一信号光束传输至第一成像单元，第二信号光束传输至第二成像单元；通过处理单元根据第一成像单元和第二成像单元获取的信号计算待测物体的套刻误差。本实施例提供的套刻误差测量装置，通过光束传输模块将信号光束分束为包括负级次衍射光的第一信号光束和正级次衍射光的第二信号光束，通过第一成像单元和第二成像单元分别接收第一信号光束和第二信号光束，从而同时测量套刻标记的正/负级次衍射光，通过处理单元计算套刻误差，无需进行光阑切换，可以提高套刻误差测量效率，提高产率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种套刻误差测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种待测物体的结构示意图；

图3是图2中待测物体的套刻标记的俯视示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种套刻误差测量装置的结构示意图；

图5是本发明实施例中照明光束在待测物体表面衍射时的光路示意图；

图6是本发明实施例提供的又一种套刻误差测量装置的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的又一种套刻误差测量装置的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的又一种套刻误差测量装置的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的又一种套刻误差测量装置的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的又一种套刻误差测量装置的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的又一种套刻误差测量装置的结构示意图；

图12是本发明实施例提供的一种套刻误差测量方法的流程示意图；

图13是本发明实施例提供的一种微标记的结构示意图；

图14是利用图13所示的微标记测量套刻误差的原理示意图；

图15是第三成像单元采集到的图像示意图；

图16是本发明实施例提供的仿真输入条件示意图；

图17是仿真得出第三成像单元的角谱图像示意图；

图18是第一成像单元和第二成像单元的角谱图像示意图；

图19是第一成像单元和第二成像单元采集到的图像示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1所示为本发明实施例提供的一种套刻误差测量装置的结构示意图。参考图1，该套刻误差测量装置包括光源10、光束传输模块20、镜头30以及测量模块40；测量模块40包括第一成像单元41、第二成像单元42以及处理单元43，第一成像单元41和第二成像单元42均与处理单元43连接；光源10用于提供照明光束a；光束传输模块20用于将照明光束a传输至镜头30，且照明光束a在镜头30的瞳面形成预设照明分布；光束传输模块20还用于接收待测物体100衍射并经镜头30透射后的信号光束b并分束形成第一信号光束b1和第二信号光束b2；其中，信号光束b中包括照明光束经过待测物体衍射的正级次衍射光、负级次衍射光以及0级次衍射光，第一信号光束b1由部分信号光束b中滤除0级衍射光以及正级次衍射光得到，第二信号光束b2由部分信号光束中滤除0级衍射光以及负级次衍射光得到，第一信号光束b1传输至第一成像单元41，第二信号光束b2传输至第二成像单元42；处理单元43用于根据第一成像单元41和第二成像单元42获取的信号计算待测物体100的套刻误差。

本实施例提供的套刻误差测量装置，用于测量待测物体的套刻误差，其中待测物体可以为集成电路芯片。图2所示为本发明实施例中一种待测物体的结构示意图，图3为图2中待测物体的套刻标记的俯视示意图。参考图2，待测物体包括衬底1，形成于衬底1上的第一光栅结构2，第二光栅结构4及位于第一光栅结构2和第二光栅结构4之间的中间层3，第一光栅结构2由前一次曝光图形经显影、刻蚀、沉积等半导体工艺制成，第二光栅结构4通常为本次曝光、显影后的光刻胶图形。中间层3的材质及分布情况为公知常识，在此不做赘述。在标准预设情况下，第一光栅结构2和第二光栅结构4之间具有预设偏移量5，记为Δ。但是由于各种因素，实际情况如图3所示，第一光栅结构2和第二光栅结构4之间的偏移量6，则偏移量6为Δ+ε，其中ε即为套刻误差，也就是本实施例中需要求得的量。当预设偏移量预设偏移量5为-Δ。则在具有套刻误差的情况下，第二被测对象的偏移量6为-Δ+ε。

其中，光源10用于提供照明光束a，可选的，光源10可以包括产生至少两个分立波长的复合光源或者包括产生连续波长的光源。由于不同工艺需要的测量光的波长不同，本实施例中的光源可以采用多个单色光组合光源，通过二向色镜、光栅、合束光纤等器件合束，也可以采用产生连续波长的宽波段光源，根据需要配置滤波片、单色仪等以实现指定波长或波段的输出，具体光源模块的设置根据实际工艺所需的照明条件设置，本发明实施例对此不作限定。在其他实施例中，可能需要控制照明光束的偏振状态，可选的，光源10还可以包括起偏器件，起偏器件用于调整照明光束a的偏振状态。起偏器件可以设置为可调节或可切换的，以实现不同的偏振光照明。光束传输模块20用于实现照明光束a的接收和传输，还用于接收待测物体100衍射的信号光束b，信号光束b中包括经待测物体100的衍射光，其中衍射光包括0级衍射光，正级次(例如+1、+2、……)衍射光以及负级次(例如-1、-2、……)衍射光，并实现正负级次衍射光分离，分别传输给第一成像单元41和第二成像单元42，第一成像单元41和第二成像单元42与处理单元43的连接方式可以为电连接。镜头30用于将照明光束a汇聚到待测物体100，还用于收集待测物体100衍射的信号光束b，可选的，镜头30可以为显微物镜。在具体实施时，镜头30选用NA>0.8的大NA物镜，以达到测量精度要求。第一成像单元41和第二成像单元42均可以为二维面阵相机，例如可以是光电耦合器件(CCD)相机。需要说明的是，图1中所示的各模块的位置关系仅是示意性的，在具体实施时，可以根据实际光路调节各个模块的相对位置关系，附图中示意的光线仅是为了示出光线的方向及路径，为了便于描述，将各光线分离表示，在实际光路中，部分光束的路径重合。

本实施例的技术方案，通过光束传输模块将信号光束分束为包括负级次衍射光的第一信号光束和正级次衍射光的第二信号光束，通过第一成像单元和第二成像单元分别接收第一信号光束和第二信号光束，从而同时测量套刻标记的正/负级次衍射光，通过处理单元计算套刻误差，无需进行光阑切换，可以提高套刻误差测量效率，提高产率，而且具有结构简单，成本低等优势。

在上述技术方案的基础上，图4所示为本发明实施例提供的另一种套刻误差测量装置的结构示意图。参考图4，可选的，光束传输模块20包括分束单元21和衍射光分离单元22；分束单元21用于接收光源10出射的照明光束a，将照明光束a传输至镜头30，还用于接收镜头30透射的信号光束b，将信号光束b的部分光束传输至衍射光分离单元22；衍射光分离单元22包括第一输出端22a和第二输出端22b，第一输出端22a用于滤除信号光束b中的0级衍射光以及正级次衍射光，以形成第一信号光束b1，第二输出端22b用于滤除信号光束b中的0级衍射光以及负级次衍射光，以形成第二信号光束b2。

示例性的，图5所示为本发明实施例中照明光束在待测物体表面衍射时的光路示意图。参考图5，当照明光束垂直入射到待测物体100表面时，0级衍射光I₀沿入射方向返回，正级次衍射光I₊₁和负级次衍射光I_-1(图5中仅示出+1和-1级衍射光，以下均以+1/-1级衍射光进行说明)沿不同方向出射，经过镜头汇聚后，正级次衍射光I₊₁、0级衍射光I₀和负级次衍射光I_-1可以在空间上分离，可以通过衍射光分离单元对信号光束进行分束，然后在预设位置进行遮挡，可以实现正级次衍射光和负级次衍射光的分离，第一成像单元和第二成像单元分别同时接收负级次衍射光和正级次衍射光，可以避免光阑切换，提高测量效率。

图6所示为本发明实施例提供的又一种套刻误差测量装置的结构示意图。参考图6，可选的，衍射光分离单元22包括分光组件221、第一遮光组件222和第二遮光组件223；分光组件221用于将信号光束b分束为沿第一方向x和第二方向y传输的两束光，第一遮光组件222用于遮挡第一方向x上的0级衍射光I₀以及正级次衍射光I₊₁，第二遮光组件223用于遮挡第二方向y上的0级衍射光I₀以及负级次衍射光I_-1，第一方向x与第二方向y相交。

可选的，分光组件221包括分光棱镜或半透半反镜。

示例性的，图6中示出的分光组件为分光棱镜，第一遮光组件222和第二遮光组件223为设置在分光棱镜出光侧的挡光板，可以理解的是，遮光组件也可以是在分光棱镜出光侧镀一层光吸收层，在其他实施例中，分光组件221也可以为半透半反镜，本发明实施例对此不作限定。

图7所示为本发明实施例提供的又一种套刻误差测量装置的结构示意图。参考图7，可选的，衍射光分离单元22包括反射组件224和第三遮光组件225；反射组件224用于反射信号光束b中的部分光线，以使信号光束b中的负级次衍射光I_-1和正级次衍射光I₊₁分离；第三遮光组件225用于遮挡信号光束b中的0级衍射光I₀。可选的，反射组件224包括平面反射镜。

可以理解的是，图6中的实施例中采用了分光组件，分光组件会将光束分成两束，导致第一成像单元41和第二成像单元42接收的光强较弱，可能会影响成像的信噪比。图7所示的实施例中，通过反射而不是分光手段来分离正级次衍射光I₊₁和负级次衍射光I_-1，有利于提高第一成像单元41和第二成像单元42的信噪比。

图7中的实施例中，反射组件224反射负级次衍射光I_-1和0级衍射光I₀，在其他实施例中，也可以设置反射组件224反射正级次衍射光I₊₁和0级衍射光I₀，具体实施时可以根据实际情况灵活选择。另外，继续参考图7，光路中还可以设置第四遮光组件226，用于遮挡杂散背景光，以提高成像单元的信噪比。

图8所示为本发明实施例提供的又一种套刻误差测量装置的结构示意图。参考图8，与图7中不同的是，反射组件224仅反射负级次衍射光I_-1，第三遮光组件225直接遮挡信号光束b中的0级衍射光I₀，具体实施时仅需保证负级次衍射光I_-1和正级次衍射光I₊₁分别被第一成像单元41和第二成像单元42接收即可。

图9所示为本发明实施例提供的又一种套刻误差测量装置的结构示意图。参考图9，可选的，测量模块40还包括第三成像单元44，第三成像单元44与处理单元43连接；分束单元21还用于将信号光束b分为第一光束b'和第二光束b”，第一光束b'传输至第三成像单元44，第二光束b”传输至衍射光分离单元22；处理单元43还用于根据第三成像单元44获取的光强度，归一化第一成像单元41和第二成像单元42获取的光强度。

可以理解的是，由于套刻误差大小不同，正级次衍射光I₊₁和负级次衍射光I_-1的强度可能存在较大的差异无法得到校正，因此设置第三成像单元44作为附加模块对光信号进行归一化，以提高套刻误差测量精度。示例性的，第三成像单元44和处理单元43的连接方式可以为电连接。

可选的，光束传输模块还包括设置于光源和分束单元之间的第一倍率缩放镜组，和/或设置于分束单元和衍射光分离单元之间的第二倍率缩放镜组，和/或设置于分束单元和第三成像单元之间的第三倍率缩放镜组；第一倍率缩放镜组、第二倍率缩放镜组和第三倍率缩放镜组用于放大或缩小光束的光斑。

示例性的，图10所示为本发明实施例提供的又一种套刻误差测量装置的结构示意图。参考图10，光束传输模块还包括设置于光源10和分束单元21之间的第一倍率缩放镜组23，设置于分束单元21和衍射光分离单元22之间的第二倍率缩放镜组24以及设置于分束单元21和第三成像单元44之间的第三倍率缩放镜组25；第一倍率缩放镜组23、第二倍率缩放镜组24和第三倍率缩放镜组25可以采用相同结构的透镜组，用于调整光斑大小，具体实施时可以根据实际需求设计。

需要说明的是，在其他实施例中，第一倍率缩放镜组23、第二倍率缩放镜组24和第三倍率缩放镜组25根据光路的实际需求设置，三个位置处可以都设置倍率缩放镜组，也可以都不设置，还可以在其中一个或两个位置处设置，本发明实施例对此不作限定。

图11所示为本发明实施例提供的又一种套刻误差测量装置的结构示意图。参考图11，可选的，光束传输模块还包括第一透镜组26和第二透镜组27；第一透镜组26包括至少一片汇聚透镜，位于衍射光分离单元22的第一输出端和第一成像单元41之间，第一透镜组26用于将第一信号光束b1汇聚到第一成像单元41的感光面；第二透镜组27包括至少一片汇聚透镜，位于衍射光分离单元22的第二输出端和第二成像单元42之间，第二透镜组27用于将第二信号光束b2汇聚到第二成像单元42的感光面。

可以理解的是，图11中示出的第一透镜组26和第二透镜组27均包括一片汇聚透镜仅是示意性的，在其他实施例中，第一透镜组26和第二透镜组27的透镜数量和类型根据实际光线传输情况选择，本发明实施例对此不作限定。

继续参考图11，可选的，本发明实施例提供的套刻误差测量装置还包括照明光阑50，位于光源10和光束传输模块20之间，照明光阑50中心设置有通光孔。

图11中还示意性示出照明光阑50的结构，本实施例中，照明光阑50中心处开孔的镂空部分小于光阑数值孔径的三分之一(<NA/3)，以满足照明需求。需要说明的是，上述实施例的各个附图中，某些附图为对部分模块的细化或简化，而简化了其他模块的结构，各个附图中的结构在不冲突的情况下，可以相互组合获得更多实施方式，均在本发明的保护范围之内。

图12所示为本发明实施例提供的一种套刻误差测量方法的流程示意图，该方法可以由上述实施例提供的任意一种套刻误差测量装置执行该套刻误差测量方法包括：

步骤S110、光源产生照明光束。

可选的，光源模块可以包括产生至少两个分立波长的复合光源或者包括产生连续波长的光源。由于不同工艺需要的测量光的波长不同，本实施例中的光源可以采用多个单色光组合光源，通过二向色镜、光栅、合束光纤等器件合束，也可以采用产生连续波长的宽波段光源，根据需要配置滤波片、单色仪等，以实现指定波长或波段的输出。

步骤S120、光束传输模块将照明光束传输至镜头，接收待测物体衍射并经镜头透射后的信号光束并分束形成第一信号光束和第二信号光束。

其中，照明光束在镜头的瞳面形成预设照明分布，信号光束中包括照明光束经过待测物体衍射的正级次衍射光、负级次衍射光以及0级次衍射光，第一信号光束由部分信号光束中滤除0级衍射光以及正级次衍射光得到，第二信号光束由部分信号光束中滤除0级衍射光以及负级次衍射光得到，第一信号光束传输至第一成像单元，第二信号光束传输至第二成像单元；

步骤S130、处理单元根据第一成像单元和第二成像单元获取的信号计算待测物体的套刻误差。

本实施例的技术方案，通过光束传输模块将信号光束分束为包括负级次衍射光的第一信号光束和正级次衍射光的第二信号光束，通过第一成像单元和第二成像单元分别接收第一信号光束和第二信号光束，从而同时测量套刻标记的正/负级次衍射光，通过处理单元计算套刻误差，无需进行光阑切换，可以提高套刻误差测量效率，提高产率，而且具有结构简单，成本低等优势。

在上述技术方案的基础上，可选的，处理单元根据第一成像单元和第二成像单元获取的信号计算待测物体的套刻误差包括：

第一成像单元获取待测物体的-1级衍射光强度I₁ ^-；

第二成像单元获取待测物体的+1级衍射光强度I₁ ⁺；

根据下式计算+1级衍射光强和-1级衍射光强的非对称性：

其中，k表示比例因子，Δ表示套刻标记的预设偏移量，ε表示套刻误差；

根据下式计算待测物体的套刻误差：

本实施例提供的套刻误差测量方法，可以利用微标记(μDBO)的套刻误差测量，其中微标记与传统套刻标记相比，其尺寸大约为传统套刻标记的1/50～1/40，图13所示为本发明实施例提供的一种微标记的结构示意图，参考图13，标记分为4个pad，第1，3象限的pad测量Y方向套刻误差，第2，4象限的两个pad测量X方向的套刻误差。两个同线条方向的标记预设偏移量相反。

图14所示为利用图13所示的微标记测量套刻误差的原理示意图，图14(a)示意的是第一成像单元的信号，图14(b)示意的是第二成像单元的信号。虚线的圆形之内是照明视场区域。微标记的信号分为四个区域，以第一成像单元为例，它测量到的是-1级衍射光所成的像，左上角的XP_1-是X方向的预设偏移量Δ为正的标记区域的像，区域内的平均光强为I_1x ^-；右上角的YP_1-是Y方向的预设偏移量Δ为正的标记区域的像，区域内的平均光强为I_1y ^-；左下角的YP_2-是Y方向的预设偏移量Δ为负的标记区域的像，区域内的平均光强为I_2y ^-；右下角的XP_2-是X方向的预设偏移量Δ为负的标记区域的像，区域内的平均光强为I_2x ^-。同理，在第一成像单元可以采集到I_1x ⁺，I_1y ⁺，I_2x ⁺，I_2y ⁺。

图15所示为第三成像单元采集到的图像示意图。正中心区域是0级反射光，-1X和-1Y区域是X方向和Y方向标记的-1级衍射光，两块区域内总光强正比于I_1x ^-+I_2x ^-+I_1y ^-+I_2y ^-，也就是第一成像单元的总信号强度。同理，+1X和+1Y区域的总光强正比于第二成像单元的总信号强度。第三成像单元上-1X和-1Y的总光强与+1X和+1Y的总光强的比值可以用于归一化分光组件后光路的光强比。将归一化后的I_1x ^-，I_1y ^-，I_2x ^-，I_2y ^-，I_1x ⁺，I_1y ⁺，I_2x ⁺，I_2y ⁺代入上述公式(1)和公式(2)，可以求出X方向和Y方向的套刻误差。

传统的需要光阑切换的套刻误差测量装置，一次测量大约需要130ms，而本实施例中提供的套刻误差测量装置，一次测量大约需要60ms，可以有效提高测量速度。

为了验证本实施例提供的套刻误差测量方法，通过仿真模拟可以得到第一成像单元和第二成像单元的成像情况。图16所示为本发明实施例提供的仿真输入条件示意图，参考图16，只考虑X方向标记进行仿真，仿真的标记光栅周期为800nm，预设偏移10nm(图16左图)，照明模式是σ＝0.2的通孔(图16右图)。图17所示为仿真得出第三成像单元的角谱图像示意图，图18所示为第一成像单元和第二成像单元的角谱图像示意图，其中左图对应第一成像单元，右图对应第二成像单元。图19所示为第一成像单元和第二成像单元采集到的图像示意图，其中左图对应第一成像单元，右图对应第二成像单元，图19中显示出四块带有套刻误差信息的光强信号区域，计算出仿真的套刻误差与设定的套刻误差一致，偏差小于0.1nm，从而可以验证本方法的可行性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种套刻误差测量装置，其特征在于，包括光源、光束传输模块、镜头以及测量模块；

所述测量模块包括第一成像单元、第二成像单元以及处理单元，所述第一成像单元和所述第二成像单元均与所述处理单元连接；

所述光源用于提供照明光束；

所述光束传输模块用于将所述照明光束传输至所述镜头，且所述照明光束在所述镜头的瞳面形成预设照明分布；

所述光束传输模块还用于接收待测物体衍射并经所述镜头透射后的信号光束并分束形成第一信号光束和第二信号光束；

其中，所述信号光束中包括所述照明光束经过所述待测物体衍射的正级次衍射光、负级次衍射光以及0级次衍射光，所述第一信号光束由部分所述信号光束中滤除0级衍射光以及正级次衍射光得到，所述第二信号光束由部分所述信号光束中滤除0级衍射光以及负级次衍射光得到，所述第一信号光束传输至所述第一成像单元，所述第二信号光束传输至所述第二成像单元；

所述处理单元用于根据所述第一成像单元和所述第二成像单元获取的信号计算所述待测物体的套刻误差；

所述光束传输模块包括分束单元和衍射光分离单元；

所述分束单元用于接收所述光源出射的照明光束，将所述照明光束传输至所述镜头，还用于接收所述镜头透射的信号光束，将所述信号光束的部分光束传输至所述衍射光分离单元；

所述衍射光分离单元包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端用于滤除所述信号光束中的0级衍射光以及正级次衍射光，以形成所述第一信号光束，所述第二输出端用于滤除所述信号光束中的0级衍射光以及负级次衍射光，以形成所述第二信号光束；

所述衍射光分离单元包括分光组件、第一遮光组件和第二遮光组件；

所述分光组件用于将所述信号光束分束为沿第一方向和第二方向传输的两束光，所述第一遮光组件用于遮挡第一方向上的0级衍射光以及正级次衍射光，所述第二遮光组件用于遮挡第二方向上的0级衍射光以及负级次衍射光，所述第一方向与所述第二方向相交；

所述信号光束经所述镜头透射后，所述信号光束中的正级次衍射光、0级次衍射光和负级次衍射光在空间上分离。

2.根据权利要求1所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述分光组件包括分光棱镜或半透半反镜。

3.根据权利要求1所述的套刻误差测量装置，其特征在于，或所述衍射光分离单元包括反射组件和第三遮光组件；

所述反射组件用于反射所述信号光束中的部分光线，以使所述信号光束中的负级次衍射光和正级次衍射光分离；

所述第三遮光组件用于遮挡所述信号光束中的0级衍射光。

4.根据权利要求3所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述反射组件包括平面反射镜。

5.根据权利要求1所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述测量模块还包括第三成像单元，所述第三成像单元与所述处理单元连接；

所述分束单元还用于将所述信号光束分为第一光束和第二光束，所述第一光束传输至所述第三成像单元，所述第二光束传输至所述衍射光分离单元；

所述处理单元还用于根据所述第三成像单元获取的光强度，归一化所述第一成像单元和所述第二成像单元获取的光强度。

6.根据权利要求5所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述光束传输模块还包括设置于所述光源和所述分束单元之间的第一倍率缩放镜组，和/或

设置于所述分束单元和所述衍射光分离单元之间的第二倍率缩放镜组，和/或

设置于所述分束单元和所述第三成像单元之间的第三倍率缩放镜组；

所述第一倍率缩放镜组、所述第二倍率缩放镜组和所述第三倍率缩放镜组用于放大或缩小光束的光斑。

7.根据权利要求1所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述光束传输模块还包括第一透镜组和第二透镜组；

所述第一透镜组包括至少一片汇聚透镜，位于所述衍射光分离单元的第一输出端和所述第一成像单元之间，所述第一透镜组用于将所述第一信号光束汇聚到所述第一成像单元的感光面；

所述第二透镜组包括至少一片汇聚透镜，位于所述衍射光分离单元的第二输出端和所述第二成像单元之间，所述第二透镜组用于将所述第二信号光束汇聚到所述第二成像单元的感光面。

8.根据权利要求1所述的套刻误差测量装置，其特征在于，还包括照明光阑，位于所述光源和所述光束传输模块之间，所述照明光阑中心设置有通光孔。

9.根据权利要求1所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述镜头为显微物镜。

10.根据权利要求1所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述光源还包括起偏器件，所述起偏器件用于调整所述照明光束的偏振状态。

11.一种套刻误差测量方法，其特征在于，采用权利要求1-10任一所述的套刻误差测量装置执行，所述套刻误差测量方法包括：

光源产生照明光束；

光束传输模块将所述照明光束传输至所述镜头，接收待测物体衍射并经所述镜头透射后的信号光束并分束形成第一信号光束和第二信号光束；

其中，所述照明光束在所述镜头的瞳面形成预设照明分布，所述信号光束中包括所述照明光束经过所述待测物体衍射的正级次衍射光、负级次衍射光以及0级次衍射光，所述第一信号光束由部分所述信号光束中滤除0级衍射光以及正级次衍射光得到，所述第二信号光束由部分所述信号光束中滤除0级衍射光以及负级次衍射光得到，所述第一信号光束传输至第一成像单元，所述第二信号光束传输至第二成像单元；

处理单元根据所述第一成像单元和所述第二成像单元获取的信号计算所述待测物体的套刻误差；

所述光束传输模块包括分束单元和衍射光分离单元；

通过所述分束单元接收所述光源出射的照明光束，将所述照明光束传输至所述镜头，还接收所述镜头透射的信号光束，将所述信号光束的部分光束传输至所述衍射光分离单元；

所述衍射光分离单元包括第一输出端和第二输出端，通过所述第一输出端滤除所述信号光束中的0级衍射光以及正级次衍射光，以形成所述第一信号光束，通过所述第二输出端滤除所述信号光束中的0级衍射光以及负级次衍射光，以形成所述第二信号光束；

所述衍射光分离单元包括分光组件、第一遮光组件和第二遮光组件；

通过所述分光组件将所述信号光束分束为沿第一方向和第二方向传输的两束光，通过所述第一遮光组件遮挡第一方向上的0级衍射光以及正级次衍射光，通过所述第二遮光组件遮挡第二方向上的0级衍射光以及负级次衍射光，所述第一方向与所述第二方向相交；

所述信号光束经所述镜头透射后，所述信号光束中的正级次衍射光、0级次衍射光和负级次衍射光在空间上分离。

12.根据权利要求11所述的套刻误差测量方法，其特征在于，处理单元根据所述第一成像单元和所述第二成像单元获取的信号计算所述待测物体的套刻误差包括：

所述第一成像单元获取待测物体的-1级衍射光强度I₁ ^-；

所述第二成像单元获取待测物体的+1级衍射光强度I₁ ⁺；

根据下式计算+1级衍射光强和-1级衍射光强的非对称性：

其中，k表示比例因子，Δ表示套刻标记的预设偏移量，ε表示套刻误差；

根据下式计算待测物体的套刻误差：

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