CN113124751B - 一种散射测量装置及散射测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种散射测量装置及散射测量方法。散射测量装置包括光源、光束传输模块、镜头、相位补偿模块、运动台、焦面测量模块及散射测量模块；光源提供照明光束；光束传输模块将照明光束分为第一光束和第二光束；运动台承载待测物体，带动待测物体在第一平面内扫描；相位补偿模块对第二光束进行相位调制，并形成第三光束；光束传输模块接收信号光束并分束；焦面测量模块接收第三光束和第一信号光束，并计算待测物体的焦面偏离程度；散射测量模块接收第二信号光束，并计算待测物体的关键尺寸或套刻误差。本发明实施例的技术方案，可以在不引入其他照明的条件下实现焦面测量，而且无需垂向扫描，可以提高测量效率，提高产量。

Description

一种散射测量装置及散射测量方法

技术领域

本发明实施例涉及半导体技术，尤其涉及一种散射测量装置及散射测量方法。

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，对光刻工艺参数CD形貌和套刻(overlay)的测量精度要求已经进入亚纳米领域。散射测量技术由于具有非接触、无损伤、快速、高精度、低成本等优点，逐渐成为先进工艺控制的重要环节，有力地支撑了22nm及以下的技术节点的进一步发展。散射测量技术的测量对象为具有一定周期性的半导体图形结构，主要为光刻胶密集线或孔阵列等。散射测量技术获取的形貌结构参量主要包括高度(Height)、顶部CD(Top-CD)、底部CD(Bottom-CD)、腰部CD(Mid-CD)、侧壁角(Side-Wall Angle，SWA)、角圆度(Corner-Roundness)、底切(Under-Cut)等。

散射测量装置一般包括光源、镜头以及散射测量单元，测量对象位于镜头的瞳面位置，在实际应用中，由于待测对象表面形貌变化等原因，需要测量待测对象表面与镜头焦面的偏离程度，即进行焦面测量，现有的焦面测量方式一般采用干涉的方法，此方法需要分别设置参考光路和测量光路，结构复杂，而且在进行焦面测量时需要在每个测量点处停留进行垂向扫描以获得该处最佳焦面，测量速度较慢，导致产率较低。

发明内容

本发明实施例提供一种散射测量装置及散射测量方法，该装置可以在不引入其他照明的条件下实现焦面测量，而且无需垂向扫描，可以提高测量效率，提高产量。

第一方面，本发明实施例提供一种散射测量装置，包括光源、光束传输模块、镜头、相位补偿模块、运动台、焦面测量模块以及散射测量模块；

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分为第一光束和第二光束，所述第一光束在所述镜头的瞳面形成预设照明分布，所述第二光束中的部分光束入射至所述相位补偿模块；

所述运动台用于承载待测物体，并带动所述待测物体在第一平面内扫描，所述第一平面平行于所述运动台的承载面；

所述相位补偿模块用于对入射到所述相位补偿模块的第二光束进行相位调制，并形成第三光束；

所述光束传输模块还用于接收所述待测物体返回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；

所述焦面测量模块用于接收所述第三光束和所述第一信号光束，并根据所述第三光束和所述第一信号光束的干涉信号计算所述待测物体的焦面偏离程度；

所述散射测量模块用于接收所述第二信号光束，并根据所述第二信号光束计算所述待测物体的关键尺寸或套刻误差。

第二方面，本发明实施例还提供一种散射测量方法，采用上述的散射测量装置执行，所述散射测量方法包括：

光源提供照明光束，所述照明光束经过光束传输模块后分为第一光束和第二光束；

其中，所述第一光束在镜头的瞳面形成预设照明分布，所述第二光束中的部分光束入射至相位补偿模块；

运动台带动待测物体在第一平面内扫描，所述光束传输模块接收待测物体返回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，所述第一平面平行于所述运动台的承载面；

相位补偿模块对入射到所述相位补偿模块的第二光束进行相位调制，并形成第三光束；

焦面测量模块接收所述第三光束和所述第一信号光束，并根据所述第三光束和所述第一信号光束的干涉信号计算所述待测物体的焦面偏离程度；散射测量模块接收所述第二信号光束，并根据所述第二信号光束计算所述待测物体的关键尺寸或套刻误差。

本发明实施例提供的散射测量装置，包括光源、光束传输模块、镜头、相位补偿模块、运动台、焦面测量模块以及散射测量模块；通过光源提供照明光束；通过光束传输模块将照明光束分为第一光束和第二光束，第一光束在镜头的瞳面形成预设照明分布，第二光束中的部分光束入射至相位补偿模块；通过运动台承载待测物体，并带动待测物体在第一平面内扫描，第一平面平行于运动台的承载面；通过相位补偿模块对入射到相位补偿模块的第二光束进行相位调制，并形成第三光束；通过光束传输模块接收待测物体返回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；通过焦面测量模块接收第三光束和第一信号光束，并根据第三光束和第一信号光束的干涉信号计算待测物体的焦面偏离程度；通过散射测量模块接收第二信号光束，并根据第二信号光束计算待测物体的关键尺寸或套刻误差。本实施例提供的散射测量装置，通过光束传输模块将光源发出的照明光束分束成第一光束和第二光束，第一光束到达待测物体形成信号光束，信号光束经过光束传输模块后分为第一信号光束和第二信号光束，第二信号光束进入散射测量模块实现待测物体的关键尺寸或套刻误差测量；第二光束作为参考光束，第二光束的部分光束经过相位补偿模块进行相位调制后形成第三光束，第三光束和第一信号光束进入焦面测量模块实现待测物体的焦面偏离程度的测量，可以在不引入其他照明的条件下实现焦面测量，而且无需垂向扫描，可以提高测量效率，提高产量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种散射测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种散射测量装置的结构示意图；

图3和图4分别是本发明实施例提供的一种可起到相位补偿的介质结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种相位补偿单元的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种散射测量装置的局部结构示意图；

图7和图8分别是本发明实施例提供的另一种散射测量装置的局部结构示意图；

图9是本发明实施例提供的又一种散射测量装置的局部结构示意图；

图10是本发明实施例提供的又一种散射测量装置的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的五角棱镜的光路示意图；

图12是本发明实施例提供的又一种散射测量装置的结构示意图；

图13是本发明实施例提供的又一种散射测量装置的结构示意图；

图14是本发明实施例提供的一种散射测量方法的流程示意图；

图15是本发明实施例提供的又一种散射测量装置的结构示意图；

图16是不同时刻待测物体扫描位置与对应参考面示意图；

图17是某一时刻焦面测量模块不同区域接收到的光强信号示意图；

图18是4个扫描时刻焦面测量模块接收到的A区域的光强信号示意图；

图19是A区域的反向高度差模拟结果示意图。

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散射测量装置的结构示意图。参考图1，本实施例提供的散射测量装置包括光源10、光束传输模块20、镜头30、相位补偿模块40、运动台50、焦面测量模块60以及散射测量模块70；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分为第一光束a1和第二光束a2，第一光束a1在镜头30的瞳面形成预设照明分布，第二光束a2中的部分光束入射至相位补偿模块40；运动台50用于承载待测物体100，并带动待测物体100在第一平面内扫描，第一平面平行于运动台的承载面；相位补偿模块40用于对入射到相位补偿模块40的第二光束a2进行相位调制，并形成第三光束b；光束传输模块20还用于接收待测物体100返回并经镜头30透射后的信号光束c并分束形成第一信号光束c1和第二信号光束c2；焦面测量模块60用于接收第三光束b和第一信号光束c1，并根据第三光束b和第一信号光束c1的干涉信号计算待测物体100的焦面偏离程度；散射测量模块70用于接收第二信号光束c2，并根据第二信号光束c2计算待测物体的关键尺寸或套刻误差。

可以理解的是，散射测量的测量对象具有一定周期性结构，如光刻胶密集线、孔阵列等。测量的基本原理为：将一束测量光投射到待测物体上，测量其散射/反射光的特征，该特征可以是反射光强随入射角度或波长变化的谱线，以及其他可以反映待测物体结构的散射光测量。测得散射光特征后，利用模型算法计算已知结构的散射光特征，模型算法可以是严格耦合波理论(RCWA)、有限时域差分(FDTD)、有限元法(FEM)等，将计算结果与测量结果做匹配，找到最相近的结果即认为是待测物体的结构。套刻误差指两次曝光间的位置误差，散射测量技术测量套刻误差的原理为：当测量光正入射到套刻标记时，由于套刻误差引起的标记结构不对称性使衍射光的高级次光光强产生不对称性，该不对称性在很小的套刻误差范围内随套刻误差近似线性变化，套刻测量技术通过测量套刻标记衍射光角谱中相同衍射级次间的非对称性得到套刻误差，衍射光角谱是指不同角度的入射光在被标记衍射后衍射光在不同角度形成的光强分布，根据角谱可以测得待测物体的关键尺寸或套刻误差。

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。光束传输模块20用于实现照明光束a的接收和传输，将照明光束a分为第一光束a1和第二光束a2，还用于接收待测物体100返回的信号光束c，并将信号光束c分束为第一信号光束c1和第二信号光束c2。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返回的信号光束c，可选的，镜头30可以为显微物镜。在具体实施时，镜头30可以选用数值孔径NA>0.8的大NA物镜，以达到测量精度要求。相位补偿模块40通过使第二光束a2传输时，不同位置走过的光程不同，从而形成相位调制后的第三光束b。运动台50带动待测物体100平移，以使第一光束a1扫描待测物体100的不同区域。焦面测量模块60接收第三光束b和第一信号光束c1的干涉光，并根据干涉信号计算待测物体100与镜头30的焦面的偏离程度，散射测量模块70用于接收第二信号光束c2并计算待测物体的关键尺寸或套刻误差，其中，可选的，焦面测量模块60和散射测量模块70均包括光探测器，例如可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)或电荷耦合器件(CCD)等。

需要说明的是，各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。

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。

本实施例提供的散射测量装置，通过光束传输模块将光源发出的照明光束分束成第一光束和第二光束，第一光束到达待测物体形成信号光束，信号光束经过光束传输模块后分为第一信号光束和第二信号光束，第二信号光束进入散射测量模块实现待测物体的关键尺寸或套刻误差测量；第二光束作为参考光束，第二光束的部分光束经过相位补偿模块进行相位调制后形成第三光束，第三光束和第一信号光束进入焦面测量模块实现待测物体的焦面偏离程度的测量，可以在不引入其他照明的条件下实现焦面测量，而且无需垂向扫描，可以提高测量效率，提高产量。

在上述技术方案的基础上，图2所示为本发明实施例提供的另一种散射测量装置的结构示意图。参考图2，可选的，相位补偿模块包括一设置于镜头瞳面的共轭面的相位补偿单元41，相位补偿单元41用于使不同入射位置的光线产生不同的相位变化。可选的，相位补偿单元41为相位阶梯变化型补偿单元或相位渐变型补偿单元。

可以理解的是，相位补偿单元41可以包括一与所处环境(例如空气中)折射率不同的介质，图3和图4所示分别为本发明实施例提供的一种可起到相位补偿的介质结构示意图，参考图3，不同位置处介质的厚度呈台阶分布，不同位置处光线透过前后会形成阶梯型相位差，参考图4，不同位置处介质的厚度呈渐变分布，不同位置处光线透过前后会形成渐变型相位差。在其他实施例中，还可以设置不同区域介质的折射率不同，从而形成相位调制，本发明实施例对此不作限定。

图5所示为本发明实施例提供的一种相位补偿单元的结构示意图。参考图5，可选的，相位补偿单元41包括第一透镜组411、第二透镜组412和位于第一透镜组411和第二透镜组412之间光路上的相位补偿器413；第一透镜组411包括至少一片汇聚透镜，用于将光线汇聚到相位补偿器413；第二透镜组412包括至少一片汇聚透镜，用于将相位补偿器413出射的光线汇聚后输出。

可以理解的是，图5中示出的第一透镜组411和第二透镜组412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411和第二透镜组412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。

可选的，相位补偿器为透射型相位补偿器或反射型相位补偿器。

示例性的，图5中示出的为相位补偿器为透射型，若相位补偿器为反射型，则第二透镜组设置于相位补偿器的反射光路上。

图6所示为本发明实施例提供的一种散射测量装置的局部结构示意图。参考图6，可选的，相位补偿模块40还包括合束单元42，用于将第三光束b和第一信号光束c1合束后入射到焦面测量模块60。

可以理解的是，合束单元42用于使第三光束b和第一信号光束c1合束发生干涉，以使焦面测量模块60接收干涉信号，具体实施时，还可以在焦面测量模块60的接收面之前设置汇聚透镜，本发明实施例对此不作限定。

图7和图8所示分别为本发明实施例提供的另一种散射测量装置的局部结构示意图。参考图7，可选的，相位补偿器413为透射型相位补偿器；合束单元42包括第一反射镜421和第一半透半反镜422；第一反射镜421位于第三光束b的传输路径上，用于将第三光束b反射至第一半透半反镜422，第一半透半反镜422位于第一信号光束c1的传输路径上；或者，参考图8，第一反射镜421位于第一信号光束c1的传输路径上，用于将第一信号光束c1反射至第一半透半反镜422，第一半透半反镜422位于第三光束b的传输路径上。

需要说明的是，图7和图8中示出的相位补偿器413为相位阶梯变化型仅是示意性的，相位渐变型的光路结构与此相同。

图9所示为本发明实施例提供的又一种散射测量装置的局部结构示意图。参考图9，可选的，相位补偿器413为反射型相位补偿器；合束单元42包括第二反射镜423、第三反射镜424和第二半透半反镜425；第二反射镜423位于第三光束b的传输路径上，用于将第三光束b反射至第二半透半反镜425；第三反射镜424位于第一信号光束c1的传输路径上，用于将第一信号光束c1反射至第二半透半反镜425。

需要说明的是，图7-图9中的光路及器件之间的位置关系仅是示意性的，具体实施时，可以根据实际环境设置各个器件的位置。

图10所示为本发明实施例提供的又一种散射测量装置的结构示意图。参考图10，可选的，光束传输模块20包括分束单元21以及反射单元22；光源10出射的照明光束a的传输路径为：照明光束a入射到分束单元21，分为第一光束a1和第二光束a2，第一光束a1经镜头透射后在镜头的瞳面形成预设照明分布，待测物体100返回的信号光束c经镜头30透射后入射到分束单元21，分为第一信号光束c1和第二信号光束c2，第二信号光束c2入射至散射测量模块70；第二光束a2经过反射单元22反射后入射到分束单元21，经过分束单元21分为第五光束a3和第六光束a4，第五光束a3入射至相位补偿模块40，第六光束a4入射至散射测量模块70。

可选的，散射测量模块70还用于根据第六光束a4校正照明光束a中强度波动引起的误差。

可选的，反射单元22可以为五角棱镜或直角棱镜。

可以理解的是，图10中示意性示出反射单元为直角棱镜，在其他实施例中，反射单元还可以为五角棱镜，图11所示为本发明实施例提供的五角棱镜的光路示意图，在实施时只需用五角棱镜替换直角棱镜即可。另外需要说明的是，反射单元22的作用是将第二光束a2返回到分束单元21，具体实施时还可以设置两个相互垂直的平面反射镜，反射单元22可以根据实际需求选择。

图12所示为本发明实施例提供的又一种散射测量装置的结构示意图。参考图12，可选的，分束单元21包括垂直设置的第三半透半反镜211和第四半透半反镜212；第三半透半反镜211用于将照明光束a分为第一光束a1和第二光束a2；第四半透半反镜212用于将信号光束c分为第一信号光束c1和第二信号光束c2，还用于将第二光束a2分束为第五光束a3和第六光束a4。

图13所示为本发明实施例提供的又一种散射测量装置的结构示意图。参考图13，可选的，本实施例提供的散射测量装置还包括准直模块80，位于光源10和光束传输模块20之间，用于准直光源10输出的照明光束a。

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，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14所示为本发明实施例提供的一种散射测量方法的流程示意图，该散射测量方法可以由上述实施例提供的任意一种散射测量装置执行，该散射测量方法包括如下步骤：

步骤S110、光源提供照明光束，照明光束经过光束传输模块后分为第一光束和第二光束。

其中，第一光束在镜头的瞳面形成预设照明分布，第二光束中的部分光束入射至相位补偿模块。

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、运动台带动待测物体在第一平面内扫描，光束传输模块接收待测物体返回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，第一平面平行于所述运动台的承载面。

步骤S130、相位补偿模块对入射到相位补偿模块的第二光束进行相位调制，并形成第三光束。

步骤S140、焦面测量模块接收第三光束和第一信号光束，并根据第三光束和第一信号光束的干涉信号计算待测物体的焦面偏离程度；散射测量模块接收第二信号光束，并根据第二信号光束计算待测物体的关键尺寸或套刻误差。

本实施例的技术方案，通过光束传输模块将光源发出的照明光束分束成第一光束和第二光束，第一光束到达待测物体形成信号光束，信号光束经过光束传输模块后分为第一信号光束和第二信号光束，第二信号光束进入散射测量模块实现待测物体的关键尺寸或套刻误差测量；第二光束作为参考光束，第二光束的部分光束经过相位补偿模块进行相位调制后形成第三光束，第三光束和第一信号光束进入焦面测量模块实现待测物体的焦面偏离程度的测量，可以在不引入其他照明的条件下实现焦面测量，而且无需垂向扫描，可以提高测量效率，提高产量。

在上述技术方案的基础上，可选的，相位补偿模块包括一设置于镜头瞳面的共轭面的相位补偿单元，相位补偿单元用于使不同入射位置的光线产生不同的相位变化，相位补偿单元n个不同入射位置的光线产生n个不同的相位变化

其中，n≥3且n为整数。

可以理解的是，相位补偿单元可以为n阶的阶梯变化型相位补偿单元，每个阶梯对应一共相位变化量，还可以为渐变型相位补偿单元，在具体实施时将相位变化区分为n等份，每份中相位变化的平均值对应上述n个相位变化量。

可选的，焦面测量模块接收第三光束和第一信号光束，并根据第三光束和第一信号光束的干涉信号计算待测物体的焦面偏离程度包括：

焦面测量模块采集相位补偿单元n个不同入射位置对应的光强I₁、I₂、I₃、……、I_n；

其中，焦面测量模块可以内置光电探测器，用于测量各位置的光强。

获取相位补偿单元n个不同入射位置对应的光强与对应位置处的相位变化的函数关系；

根据函数关系，计算第三光束和第一信号光束的相位差；

根据相位差确定待测物体的焦面偏离程度。

可选的，根据函数关系，计算第三光束和所述第一信号光束的相位差包括：

根据以下公式计算第三光束和第一信号光束的相位差

其中，A、B为待定系数。

可选的，根据相位差确定待测物体的焦面偏离程度包括：

根据以下公式计算待测物体的焦面偏离程度h：

其中λ为第三光束和第一信号光束的波长。

示例性的，图15所示为本发明实施例提供的又一种散射测量装置的结构示意图。参考图15，以n＝4为例，即可以设置相位补偿单元包括四个台阶高度，各台阶面引入的相对相位差分别为Φ_a＝0；

Φ_c＝π；

则四个扫描位置的测量光强可表示为(为描述方便，这里仅考虑单色光的干涉)：

表示第三光束b和第一信号光束c1的相位差，h表示待测面相对参考面的高度，相位

计算方法如下：

从而计算出该点相对参考面的高度

图16所示为不同时刻待测物体扫描位置与对应参考面示意图，其中T1～T4分别为不同时刻，参考面同一位置(图中椭圆圈出的区域)对应待测物体的不同位置。随着运动台带动待测物体扫描，可测量到待测物体与不同高度参考面的干涉信号，图17所示为某一时刻焦面测量模块不同区域接收到的光强信号示意图，其中A、B、C、D分别为四个不同的区域，图18所示为4个扫描时刻焦面测量模块接收到的A区域的光强信号示意图，根据公式(5)可计算A区域的各点的高度。

通过仿真在4个时刻采集到的图像，加入10％最大灰度的随机误差，反向计算区域各列的平均高度差小于4nm。图19所示为A区域的反向高度差模拟结果示意图。

当焦面测量模块的光探测器采用400Hz的高速面阵相机，单像素对应硅片面尺寸为10um，200*200靶面可覆盖2mm*2mm区域，若采用4阶梯相位分区，可匹配200mm/s的扫描速度。如采用线阵相机，帧频可达到几十kHZ，可匹配更高的扫描速度。

需要说明的是，当相位补偿单元为渐变型时，使用各区域(如一个像素宽度)内的平均相位量作为该区域的相位补偿量。

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 (19)

1.一种散射测量装置，其特征在于，包括光源、光束传输模块、镜头、相位补偿模块、运动台、焦面测量模块以及散射测量模块；

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分为第一光束和第二光束，所述第一光束在所述镜头的瞳面形成预设照明分布，所述第二光束中的部分光束入射至所述相位补偿模块；

所述运动台用于承载待测物体，并带动所述待测物体在第一平面内扫描，所述第一平面平行于所述运动台的承载面；

所述相位补偿模块用于对入射到所述相位补偿模块的第二光束进行相位调制，并形成第三光束；

所述光束传输模块还用于接收所述待测物体返回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；

所述焦面测量模块用于接收所述第三光束和所述第一信号光束，并根据所述第三光束和所述第一信号光束的干涉信号计算所述待测物体的焦面偏离程度；

所述散射测量模块用于接收所述第二信号光束，并根据所述第二信号光束计算所述待测物体的关键尺寸或套刻误差。

2.根据权利要求1所述的散射测量装置，其特征在于，所述相位补偿模块包括一设置于所述镜头瞳面的共轭面的相位补偿单元，所述相位补偿单元用于使不同入射位置的光线产生不同的相位变化。

3.根据权利要求2所述的散射测量装置，其特征在于，所述相位补偿单元为相位阶梯变化型补偿单元或相位渐变型补偿单元。

4.根据权利要求3所述的散射测量装置，其特征在于，所述相位补偿单元包括第一透镜组、第二透镜组和位于所述第一透镜组和所述第二透镜组之间光路上的相位补偿器；

所述第一透镜组包括至少一片汇聚透镜，用于将光线汇聚到所述相位补偿器；

所述第二透镜组包括至少一片汇聚透镜，用于将所述相位补偿器出射的光线汇聚后输出。

5.根据权利要求4所述的散射测量装置，其特征在于，所述相位补偿器为透射型相位补偿器或反射型相位补偿器。

6.根据权利要求4所述的散射测量装置，其特征在于，所述相位补偿模块还包括合束单元，用于将所述第三光束和所述第一信号光束合束后入射到所述焦面测量模块。

7.根据权利要求6所述的散射测量装置，其特征在于，所述相位补偿器为透射型相位补偿器；

所述合束单元包括第一反射镜和第一半透半反镜；

所述第一反射镜位于所述第三光束的传输路径上，用于将所述第三光束反射至所述第一半透半反镜，所述第一半透半反镜位于所述第一信号光束的传输路径上；或者，

所述第一反射镜位于所述第一信号光束的传输路径上，用于将所述第一信号光束反射至所述第一半透半反镜，所述第一半透半反镜位于所述第三光束的传输路径上。

8.根据权利要求6所述的散射测量装置，其特征在于，所述相位补偿器为反射型相位补偿器；

所述合束单元包括第二反射镜、第三反射镜和第二半透半反镜；

所述第二反射镜位于所述第三光束的传输路径上，用于将所述第三光束反射至所述第二半透半反镜；

所述第三反射镜位于所述第一信号光束的传输路径上，用于将所述第一信号光束反射至所述第二半透半反镜。

9.根据权利要求1所述的散射测量装置，其特征在于，所述光束传输模块包括分束单元以及反射单元；

所述光源出射的照明光束的传输路径为：

所述照明光束入射到所述分束单元，分为第一光束和第二光束，所述第一光束经所述镜头透射后在所述镜头的瞳面形成预设照明分布，所述待测物体返回的信号光束经所述镜头透射后入射到所述分束单元，分为第一信号光束和第二信号光束，所述第二信号光束入射至所述散射测量模块；

所述第二光束经过所述反射单元反射后入射到所述分束单元，经过所述分束单元分为第五光束和第六光束，所述第五光束入射至所述相位补偿模块，所述第六光束入射至所述散射测量模块。

10.根据权利要求9所述的散射测量装置，其特征在于，所述分束单元包括垂直设置的第三半透半反镜和第四半透半反镜；

所述第三半透半反镜用于将所述照明光束分为第一光束和第二光束；

所述第四半透半反镜用于将所述信号光束分为第一信号光束和第二信号光束，还用于将所述第二光束分束为第五光束和第六光束。

11.根据权利要求9所述的散射测量装置，其特征在于，所述散射测量模块还用于根据所述第六光束校正所述照明光束中强度波动引起的误差。

12.根据权利要求9所述的散射测量装置，其特征在于，所述反射单元为五角棱镜或直角棱镜。

13.根据权利要求1所述的散射测量装置，其特征在于，还包括准直模块，位于所述光源和所述光束传输模块之间，用于准直所述光源输出的照明光束。

14.根据权利要求1所述的散射测量装置，其特征在于，所述焦面测量模块和所述散射测量模块均包括光探测器，所述光探测器包括互补金属氧化物半导体或电荷耦合器件。

15.一种散射测量方法，其特征在于，所述散射测量方法包括：

光源提供照明光束，所述照明光束经过光束传输模块后分为第一光束和第二光束；

其中，所述第一光束在镜头的瞳面形成预设照明分布，所述第二光束中的部分光束入射至相位补偿模块；

运动台带动待测物体在第一平面内扫描，所述光束传输模块接收待测物体返回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，所述第一平面平行于所述运动台的承载面；

相位补偿模块对入射到所述相位补偿模块的第二光束进行相位调制，并形成第三光束；

焦面测量模块接收所述第三光束和所述第一信号光束，并根据所述第三光束和所述第一信号光束的干涉信号计算所述待测物体的焦面偏离程度；散射测量模块接收所述第二信号光束，并根据所述第二信号光束计算所述待测物体的关键尺寸或套刻误差。

16.根据权利要求15所述的散射测量方法，其特征在于，所述相位补偿模块包括一设置于所述镜头瞳面的共轭面的相位补偿单元，所述相位补偿单元用于使不同入射位置的光线产生不同的相位变化，所述相位补偿单元n个不同入射位置的光线产生n个不同的相位变化

其中，n≥3且n为整数。

17.根据权利要求16所述的散射测量方法，其特征在于，所述焦面测量模块接收所述第三光束和所述第一信号光束，并根据所述第三光束和所述第一信号光束的干涉信号计算所述待测物体的焦面偏离程度包括：

焦面测量模块采集所述相位补偿单元n个不同入射位置对应的光强I₁、I₂、I₃、……、I_n；

获取所述相位补偿单元n个不同入射位置对应的光强与对应位置处的相位变化的函数关系；

根据所述函数关系，计算所述第三光束和所述第一信号光束的相位差；

根据所述相位差确定所述待测物体的焦面偏离程度。

18.根据权利要求17所述的散射测量方法，其特征在于，所述根据所述函数关系，计算所述第三光束和所述第一信号光束的相位差包括：根据以下公式计算所述第三光束和所述第一信号光束的相位差

其中，A、B为待定系数。

19.根据权利要求18所述的散射测量方法，其特征在于，所述根据所述相位差确定所述待测物体的焦面偏离程度包括：

根据以下公式计算所述待测物体的焦面偏离程度h：

其中λ为所述第三光束和所述第一信号光束的波长。

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