CN114690585A - 套刻误差测量的装置和不对称性校准的方法 - Google Patents

套刻误差测量的装置和不对称性校准的方法 Download PDF

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CN114690585A CN202011643765.9A CN202011643765A CN114690585A CN 114690585 A CN114690585 A CN 114690585A CN 202011643765 A CN202011643765 A CN 202011643765A CN 114690585 A CN114690585 A CN 114690585A
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Abstract

本发明提供了一种套刻误差测量的装置，包括光源模块、中继镜组、分束镜、物镜、探测器和处理模块，光源模块提供测量光斑，中继镜组接收并中继所述测量光斑，中继镜组的共轭面设有一用于调节所述测量光斑的尺寸的可变视场光阑；分束镜用于反射中继后的测量光斑；物镜用于将中继后的测量光斑投射至一基底上的套刻标记上，并被所述套刻标记反射形成衍射光；探测器所述衍射光再次穿过所述物镜达到所述探测器，所述探测器获取所述衍射光的光强并生成测量信号；处理模块用于根据所述测量信号获取参考信号。解决套刻标记的位置发生变动后导致光强分布发生变化而影响测量精度的问题。相应的，本发明还提供了一种套刻误差测量的不对称性校准的方法。

Description

套刻误差测量的装置和不对称性校准的方法
技术领域
本发明涉及光刻技术领域，尤其涉及一种套刻误差测量的装置和不对称性校准的方法。
背景技术
根据半导体行业组织(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(CD)进入22nm及以下工艺节点，特别是双重曝光(Double Patterning)和EUVL技术的应用和发展，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误差测量技术(Imaging-Based overlay，IBO)已逐渐不能满足新的工艺节点对套刻误差测量的要求，基于衍射光探测的套刻误差测量技术(Diffraction-Based overlay，DBO)和基于微标记衍射光探测的套刻误差测量技术(DBO)正逐步成为套刻误差测量的主要手段。
如中国专利CN106933046A公开了一种DBO技术，该技术通过测量套刻标记衍射光角分辨谱中相同衍射级次间的非对称性得到套刻误差。衍射光的衍射角随入射光入射角度变化而改变，所谓反射光角分辨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。该方案在其本质上是基于入射至套刻标记上而产生的各级衍射光光强与套刻误差之间的关系进行套刻误差测量的。因此，入射光的空间分布非均匀性及其扰动、信号接收装置即探测器的灵敏度非均匀性、光路中任意光学元件的透过率的非均匀性等一系列因素，都会造成实际测得光强偏离理想值，进而引入测量误差，从而影响套刻误差测量精度。
同样，套刻标记的位置发生变动后，入射光和套刻标记的相对位置往往会发生变化，继而造成衍射光的光强分布发生变化，进而影响套刻误差测量的测量精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种套刻误差测量的装置和不对称性校准的方法，能够解决因套刻标记的位置发生变动后所导致衍射光的光强分布发生变化，进而影响测量精度的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种套刻误差测量的装置，包括：
光源模块，提供测量光斑；
中继镜组，接收并中继所述测量光斑，所述中继镜组的共轭面设有一用于调节所述测量光斑的尺寸的可变视场光阑；
分束镜，用于反射中继后的测量光斑；
物镜，用于将中继后的测量光斑投射至一基底上的套刻标记上，并被所述套刻标记反射形成衍射光；
探测器，所述衍射光再次穿过所述物镜达到所述探测器，所述探测器获取所述衍射光的光强并生成测量信号；
处理模块，用于根据所述测量信号获取参考信号。
可选的，所述可变视场光阑为圆环形或方环形。
可选的，所述可变视场光阑与所述套刻标记的表面呈共轭关系。
可选的，所述套刻标记包括堆叠的第一光栅及第二光栅，所述第一光栅及第二光栅的结构周期相同。
可选的，所述套刻误差测量的装置还包括：工件台，所述基底放置于所述工件台，所述工件台能够沿所述测量光斑的水平分量的方向进行步进移动。
可选的，所述套刻误差测量的装置还包括：工件台，所述基底放置于所述工件台，所述工件台能够沿所述测量光斑的水平分量的方向进行步进移动。
可选的，所述光源模块包括沿光路依次设置有：光源、准直透镜、窄带滤波片、偏振片及孔径光阑。
可选的，所述套刻误差测量的装置还包括：反射棱镜，所述分束镜还透射中继后的测量光斑，所述反射棱镜将透过所述分束镜的测量光斑反射回所述分束镜中，所述分束镜将所述反射棱镜反射回的测量光斑再次反射以形成监测光斑，所述探测器获取所述监测光斑的光强以监测所述光源的光强扰动。
此外，本发明还提供了一种不对称性校准的方法，包括：
光源模块提供测量光斑，所述测量光斑通过中继镜组、分束镜和物镜后投射至基底上的套刻标记，并被所述套刻标记反射形成衍射光，所述衍射光再次穿过所述物镜达到探测器；
将基底设置于第一位置，调节可变视场光阑以调节所述测量光斑的尺寸直至所述衍射光满足控制要求时，所述探测器获取所述衍射光的光强并生成第一参考信号；
将基底设置于第二位置，调节可变视场光阑以调节所述测量光斑的尺寸直至所述衍射光满足控制要求时，所述探测器再次获取所述衍射光的光强并生成第二参考信号；
处理模块根据所述第一参考信号和所述第二参考信号获取参考信号以完成不对称性校准。
可选的，所述衍射光包括正级衍射光及负级衍射光，将所述正级衍射光与所述负级衍射光的光强差值与所述测量光斑的尺寸生成一关系曲线，当所述关系曲线斜率达到最大时，所述衍射光满足控制要求。
可选的，所述第二位置由所述第一位置旋转180度得到。
可选的，所述处理模块获取所述参考信号的步骤包括：
利用如下公式计算出参考信号OV_ref：
OV_ref＝OV_0+OV_180；
其中，OV_0为第一参考信号，OV_180为第二参考信号。
可选的，所述探测器获取所述衍射光的光强并生成第一参考信号的步骤包括：
所述探测器获取所述衍射光时，所述套刻标记沿所述测量光斑的水平分量的方向多次步进移动，每次步进移动后，所述探测器均获取所述套刻标记的衍射光的光强并生成所述第一测量信号，取所述第一测量信号的均值作为所述第一参考信号。
可选的，所述探测器获取所述衍射光的光强并生成第二参考信号的步骤包括：
所述探测器获取的所述衍射光时，所述套刻标记沿所述测量光斑的水平分量的方向多次步进移动，每次步进移动后，所述探测器均获取所述套刻标记的衍射光的光强并生成所述第二测量信号，取所述第二测量信号的均值作为所述第二参考信号。
可选的，所述套刻标记包括堆叠的第一光栅及第二光栅，所述第一光栅及所述第二光栅的结构周期相同，所述套刻标记多次步进移动后的位移总量等于所述结构周期。
可选的，所述套刻标记步进移动的次数为4次。
可选的，所述套刻误差测量的装置还包括反射棱镜，所述分束镜还透射中继后的测量光斑，所述反射棱镜将透过所述分束镜的测量光斑反射回所述分束镜中，所述分束镜将所述反射棱镜反射回的测量光斑再次反射以形成监测光斑，所述探测器获取所述监测光斑的光强以监测所述测量光斑的光强扰动；
所述探测器获取所述衍射光的光强并生成第一测量信号，同时获取所述监测光斑以生成第一监测信号，并对所述第一测量信号和所述第一监测信号进行归一化处理，以获得所述第一参考信号；
所述探测器获取所述衍射光的光强并生成第二测量信号，同时获取所述监测光斑以生成第二监测信号，并对所述第二测量信号和所述第二监测信号进行归一化处理，以获得所述第二参考信号。
可选的，调节所述可变视场光阑时，所述测量光斑的尺寸小于或等于所述套刻标记的尺寸。
可选的，所述测量光斑的直径小于或等于30um。
在本发明提供的一种套刻误差测量的装置中，光源模块提供测量光斑，中继镜组接收并中继所述测量光斑，所述中继镜组的共轭面设有一用于调节所述测量光斑的尺寸的可变视场光阑；分束镜用于反射中继后的测量光斑；物镜用于将中继后的测量光斑投射至一基底上的套刻标记上，并被所述套刻标记反射形成衍射光；探测器所述衍射光再次穿过所述物镜达到所述探测器，所述探测器获取所述衍射光的光强并生成测量信号；处理模块用于根据所述测量信号获取参考信号。测量光斑和套刻标记的相对位置会发生变化时，可以通过所述可变视场光阑调节所述测量光斑的尺寸，以调节衍射光光强。由此解决了因套刻标记的位置发生变动后，因衍射光的光强分布发生变化而影响参考信号，并导致的测量精度下降的问题。
相应的，本发明还提供了一种不对称性校准的方法。
此外，在本发明的套刻误差测量的不对称性校准的方法中，探测器获取所述衍射光时，套刻标记沿所述测量光斑的水平分量的方向多次步进移动，每次步进移动后，所述探测器均获取所述套刻标记的衍射光的光强并生成所述第一测量信号，取所述第一测量信号的均值作为所述第一参考信号。以同样的方法获取第二参考信号。可以将测量光斑的位置变化引起的衍射光的光强变化抹平。因此，本发明的套刻误差测量的不对称性校准的方法可以获得一个不带套刻信号的参考信号，继而使得套刻误差测量更加准确和更加稳定。
附图说明
图1为本发明实施例一中的一种套刻误差测量的装置的结构示意图；
图2为本发明实施例一中的信号光斑和监测光斑位置图；
图3为本发明实施例一中的套刻标记第一视角的结构示意图；
图4为本发明实施例一中的套刻标记反射衍射光的示意图；
图5为本发明实施例一中的套刻标记第二视角的结构示意图；
图6为本发明实施例一中的套刻标记在第一视角下旋转180度前后的对比图；
图7为本发明实施例一中的测量光斑在套刻标记的投影的示意图；
图8为本发明实施例一中的投影的尺寸与正负级衍射光的光强非对称性的关系图；
图9为本发明实施例二中的测量光斑与套刻标记相对位置与套刻误差测试结果的第一关系图；
图10为本发明实施例二中的测量光斑与套刻标记的相对位置与正负级衍射光的光强差值的关系图；
图11为本发明实施例二中的测量光斑与套刻标记相对位置与套刻误差测试结果的第二关系图；
图12为本发明实施例三中的获取参考信号的流程图；
其中，附图标记如下：
100-光源模块；110-光源；120-准直透镜；130-窄带滤波片；140-偏振片；141-孔径光阑；
200-中继镜组；210-第一透镜；220-第二透镜；230-可变视场光阑；
300-分束镜；
400-物镜；410-光瞳面；
500-基底；510-套刻标记；510a-第一套刻子标记；510b-第一套刻子标记；511-第一光栅；512-第二光栅；513-过渡层；
600-反射镜；
700-透镜组；
800-探测器；
s-信号光斑；m-监测光斑；D-投影。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
图1为本实施例中的一种套刻误差测量的装置的结构示意图。如图1所示，所述套刻误差测量的装置包括：
光源模块100，用于提供测量光斑。所述光源模块100沿光路依次设置有：光源110、准直透镜120、窄带滤波片130、偏振片140及孔径光阑150。
其中，光源110可以是白光光源110、宽波段光源110或是由若干个分立谱线组成的复合光源110。所述光源110可以是面光源110、线光源110或者点光源110，以及具有其它光斑形状的光源110，所述光源模块100产生的测量光斑为紫外光、可见光、红外光中的若干中。优选的，所述测量光斑的为单一波长的光
白光光源110可以采用Xe光源110等；宽波段指产生包括紫外、可见和红外波段或上述波段组合的光；复合光源110可以由若干个不同波长的激光器通过混频得到。所述光源110发出的光沿光路依次经过准直透镜120、窄带滤波片130、偏振片140及孔径光阑150后形成测量光斑。光源110发出的光在经过准直束镜准直后，入射至窄带滤波片130，而后获得单波长的光，而后经过偏振片140，获得线偏振光，该线偏振光入射至孔径光阑150，所述孔径光阑150可以为圆孔或其它形状，对此不做限定。所述光源模块100经过所述孔径光阑150以生成满足入射光形状需求的测量光斑。
中继镜组200，接收并中继所述测量光斑，所述中继镜组200的共轭面设有一可变视场光阑230，用于调节所述测量光斑的尺寸。进一步的，所述可变视场光阑230与所述套刻标记510的表面呈共轭关系，如此，所述可变视场光阑230的变化时，可以有效调整所述测量光斑的尺寸。更进一步的，所述可变视场光阑230为圆环形或方环形。应理解，所述可变视场光阑230还可以是其它任意形状，在此不做限定。
所述中继镜组200包括第一透镜210及第二透镜220。所述第一透镜210和第二透镜220用于聚光，所述测量光斑经过所述第一透镜210和第二透镜220调整后进一步汇聚。
分束镜300，用于反射中继后的测量光斑，以将所述测量光斑投射至物镜400上。
物镜400，用于将中继后的测量光斑投射至一基底500上的套刻标记510上，所述测量光斑被所述套刻标记510反射形成衍射光。同时，所述物镜400收集所述套刻标记510反射的衍射光，并将衍射光汇聚到所述物镜400的光瞳面410。
探测器800，位于物镜400的光瞳面410，且与分束镜300、透镜组700、所述物镜400及套刻标记510位于同一直线上。所述衍射光再次穿过所述物镜400达到所述探测器800，所述探测器800获取所述衍射光的光强并生成测量信号。
处理模块，用于根据所述测量信号获取套刻误差。
较佳地，为了提高测量的准确性，需要对所述测量光斑进行光强扰动监测。因此，所述套刻误差测量的装置还包括反射棱镜600，所述分束镜300还透射中继后的测量光斑，所述反射棱镜600将透过所述分束镜300的测量光斑反射回所述分束镜300中，所述分束镜300将所述反射棱镜600反射回的测量光斑再次反射以形成监测光斑，所述探测器800获取所述监测光斑的光强以监测所述光源110的光强扰动。
图2为本实施例中信号光斑和监测光斑位置图。如图1和2所示，所述信号光斑s为测量光斑照射到套刻标记510后形成的衍射光经过物镜400汇聚后，经过分束镜300和透镜组700后，投射在探测器800上形成的，监测光斑m是未经过物镜400和套刻标记510而直接投射在探测器800上的。同时，光源110光强的扰动对所述测量光斑和所述监测光斑m的影响是同步的，同样的，光源110光强的扰动对测量光斑与所述衍射光(也即信号光斑s)的影响也是同步的，因此，通过所述信号光斑s和所述监测光斑m的光强进行归一化，可以消除光源110光强的扰动对测量光斑及衍射光(也即信号光斑s)的影响。所述光强扰动归一化可以采用点除归一化和整除归一化两种方式。所述点除归一化是基于位于探测器800上的所述信号光斑s和监测光m光斑之间的位置关系，将所述监测光斑m变换的位置至信号光斑s的位置处，进行像素对像素的点除归一化处理。所述整除归一化是通过计算监测光斑m的平均光强值，使用信号光斑s除以该光强值。应知道，本领域技术人员可以根据扰动频率的大小选择采用点除归一化或整除归一化。进一步，处理模块将所述信号光斑s和监测光斑m作归一化，经过归一化后，能够消除光源110光强的扰动对套刻误差测量的影响。
图3为本实施例中的套刻标记第一视角的结构示意图。如图3所示，所述套刻标记510包括堆叠的第一光栅511及第二光栅512，所述第一光栅511及第二光栅512的结构周期相同。
具体的，本实施例中所采用的套刻标记510，包括在基底500上形成的第一光栅511和形成在第一光栅511上的第二光栅512结构，所述套刻标记510的两层光栅结构间具有一偏移量，其中，所述第一光栅511由曝光图形经包括显影、刻蚀及沉积工艺形成，具体可以为掺氟氧化硅介质薄膜(FSG中沉积铜(Cu)，在第一光栅511与第二光栅512之间可以具有过渡层513，在本实例的一个实施方案中，所述过渡层513包括：在第一光栅511上依次形成SiN层，FSG层，Si0N层及抗反射涂层(BARC)。所述第二光栅512为在抗反射涂层上的曝光、显影后的光刻胶图形。由图3中可见，所述第一光栅511与第二光栅512皆为周期性结构，优选为周期相同。
套刻误差ε指两次曝光间的位置误差。套刻标记510间的位置偏差可以反映实际图形的位置偏差，也即套刻误差ε。
图4为本实施例中的套刻标记510反射衍射光的示意图。如图4所示，套刻标记510间存在套刻误差ε，即第一光栅511与第二光栅512之间存在位置偏差，此时，测量光斑至所述套刻标记510上的所产生的正级衍射光和负级衍射光的光强大小不对称。在本说明书中，正级衍射光可简称为正级光，负级衍射光可简称为负级光。
基于此，测量套刻误差的原理如下：
通过光源110、中继镜组200和分束镜300将测量光斑投射到物镜400中，所述物镜400将所述测量光斑投射到套刻标记510，当测量光斑投射到上述套刻标记510时，由于套刻误差引起的套刻标记510上下两层光栅的不对称使得衍射光不对称。应知道，衍射光不对称包括光路透过率不对称性和衍射光光强的不对称性。其中，光路透过率不对称性是由光路本身引起。衍射光光强的不对称性是由套刻标记引起。本实施例中的技术方案是对光路透过率的不对称性进行校准。
通常衍射光具有多个正负级次，由此，衍射光的各级次光的光强产生不对称性，当光栅的结构周期数较多时，衍射光一般会严格遵循光栅衍射方程。所述光强的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。若所述套刻标记510存在ε的套刻误差，则测得的套刻标记510反射的衍射光中的正级衍射光的光强I+和负级衍射光I-的光强的非对称性近似可表示为：
A＝I+-I-＝k·ε (1)
其中，k是套刻标记510工艺以及测量光斑属性相关的因子，是一个未知量。
图5为本实施例中的套刻标记第二视角的结构示意图。
如图5所示，为了去除该未知量k，获得套刻误差ε，通常将基底上设置若干套刻标记组，所述套刻标记组设置成图5中的样式，所述套刻标记组包括第一套刻子标记510a，以及结构周期相同的第二套刻子标记510b。图5中的上部分，所述第一套刻子标记510a和所述第二套刻子标记510b的上、下两层光栅结构没有预设一个偏移量，图5中的下部分，所述第一套刻子标记510a和所述第二套刻子标记510b的上、下层光栅间存在一预设偏移量，所述第一套刻子标记510a的偏移量为-Δ，所述第二套刻子标记510b的偏移量为+Δ。此时，分别测量所述第一套刻子标记510a和所述第二套刻子标记510b上的衍射光的非对称性，得到：
Aright＝k·(ε+Δ) (2)
Aleft＝k·(ε-Δ) (3)
结合公式(4)(5),则可得套刻误差ε为：
Figure BDA0002880364540000101
由此，通过衍射光光强的不对称性可以计算出套刻误差。然而，由于获得的衍射光均是通过套刻标记510反射的，所以所有的衍射光的光信号中均糅杂了套刻信息(即使是理想光路，得到的正级衍射光I+与负级衍射光I-的光强也会不相等)。为了得到不含套刻信息的参考光(也即本实施例中的参考信号)，需要对光路透过率的不对称性进行校准(也即本实施例中的不对称性校准)。
图6为本实施例中的套刻标记在第一视角下旋转180度前后的对比图。
如图6所示，对于任意一个套刻标记510，当其旋转180度之后，其正级衍射光I+的光强与原负级衍射光I-的光强相等，即：
Figure BDA0002880364540000102
结合公式(1)和(4)，可以得到：
Figure BDA0002880364540000103
由上述可知，为了消除光路透过率不对称性，套刻标记510需要旋转180度。
套刻误差测量的装置还包括工件台，所述基底500放置于所述工件台，所述工件台可以带动所述基底500旋转，以使所述套刻标记510能够旋转180度。
可选的，所述工件台能够沿所述测量光斑的水平分量的方向进行步进移动。
如此，使得所述工件台承载的基底500及套刻标记510能够沿测量光斑的水平分量的方向进行步进移动。
在进行套刻误差测量时，套刻误差测量的装置需要进行不对称性校准，以消除光路中的透过率不对称性，并获得一个不带有任何套刻信号的参考信号。继而，通过实际的套刻信号点除所述参考信号便可得到套刻误差值。该步骤为本领域的普通技术人员所熟知，在此不再赘述。
此外，本发明还提出一种套刻误差测量的不对称性校准的方法，包括以下步骤：
光源模块100提供测量光斑，所述测量光斑通过中继镜组200、分束镜300和物镜400后投射至基底500上的套刻标记510，并被所述套刻标记510反射形成衍射光，所述衍射光再次穿过所述物镜400达到探测器800；
将基底500设置于第一位置，调节可变视场光阑230以调节所述测量光斑的尺寸直至所述衍射光满足控制要求时，所述探测器800获取所述衍射光的光强并生成第一参考信号；
将基底500设置于第二位置，调节可变视场光阑230以调节所述测量光斑的尺寸直至所述衍射光满足控制要求时，所述探测器800再次获取所述衍射光的光强并生成第二参考信号；
处理模块根据所述第一参考信号和所述第二参考信号获取参考信号，以完成不对称性校准。
进一步的，所述第二位置由所述第一位置旋转180度得到。也即，生成第一参考信号后将所述基底500进行180度旋转，以使所述套刻标记510能够旋转180。之后，再通过所述探测器800再次获取所述套刻标记510反射的衍射光，以生成第二参考信号。
应知道，正负级衍射光的光强其表达式如下：
Figure BDA0002880364540000111
Figure BDA0002880364540000112
其中，相移Ψ0，1是由光栅(第一光栅511和第二光栅512)的几何形状、测量光斑的波长和衍射的波动角度决定的，P是两个光栅(第一光栅511和第二光栅512)的间距，XS是套刻值。其中，T0和T1分别为第一光栅511和第二光栅512的材料的折射率，R0和R1分别为第一光栅511和第二光栅512的反射率。
第一光栅511的折射率T0和第二光栅512的折射率T1是随空间变化的量，由此可知，物镜光瞳面410上的衍射光光强会随着测量光斑照射在套刻标记510的位置的不同而发生变化，所以会影响第一参考信号和第二参考信号，进而影响不对称性校准的结果，最终影响套刻误差测量的准确性和重复性。
然而在实际情况中，将套刻标记510旋转180度后，测量光斑和套刻标记510的相对位置往往会发生变化。测量光斑照射在套刻标记510的位置的也会不同，这将导致正负级衍射光光强的变化，从而导致所述套刻标记510旋转180度后，正负级衍射光的相对光强发生变化，进而影响套刻误差测量的准确性。
处理模块获取所述参考信号的步骤包括：
利用如下公式计算出参考信号OV_ref：
OV_ref＝OV_0+OV_180；
其中，OV_0为第一参考信号，OV_180为第二参考信号。
进一步的，所述衍射光包括正级衍射光及负级衍射光，将所述正级衍射光与所述负级衍射光的光强差值与所述测量光斑的尺寸生成一关系曲线，当所述关系曲线斜率达到最大时，所述衍射光满足控制要求。
图7为本实施例中的测量光斑在套刻标记的投影的示意图。如图7所示，申请人发现，所述测量光斑在所述套刻标记510表面的投影D中，所述套刻标记510的光栅(也即第一光栅511和第二光栅512)的栅槽面积和栅脊面积的比值与所述光栅反射的衍射光的光强呈周期变化，这会导致正负级的衍射光光强的非对称性呈现周期性变化。因此，所述测量光斑大小对正负级的衍射光光强的变化有直接关系，基于此，申请人提出将光路中的视场光阑更换为可变视场光阑230，如此，可以随时调整所述测量光斑的尺寸，使得所述测量光斑在所述套刻标记510表面的投影D的尺寸可调。进而以控制投影D内的所述套刻标记510的光栅(也即第一光栅511和第二光栅512)的栅槽面积和栅脊面积的比值，进而调节因所述套刻标记510发生180度旋转后所导致的衍射光光强的变化。
图8为本实施例中的投影的尺寸与正负级衍射光的光强非对称性的关系图。如图8所示，通过投影D的尺寸与正负级衍射光的光强差值(I+-I-)呈周期性变化。也即，所述测量光斑尺寸(通过投影D的尺寸来表征)对正负级衍射光光强的非对称性的影响呈周期性变化。基于此，在获取第一参考信号时，我们可以通过调节可变视场光阑230来调整所述测量光斑的尺寸，并实时测量正级衍射光和负级衍射光之间的光强差。如图8所示，所述正级衍射光与负级衍射光的光强差与测量光斑的尺寸呈周期关系，基于此，在所述正级衍射光与负级衍射光的光强差随所述测量光斑尺寸变化的斜率最大时，通过探测器800获取衍射光，以生成第一参考信号。接着将所述套刻标记510旋转180度后，再次调整所述可变视场光阑230以调整所述测量光斑的尺寸。同样的，在所述正级衍射光与负级衍射光的光强差随所述测量光斑尺寸变化的斜率最大时，所述探测器800获取衍射光，以生成第二参考信号。
应知道，调节所述可变视场光阑230时，所述测量光斑的尺寸小于或等于所述套刻标记510的尺寸。这是为了使得测量光斑在套刻标记510表面的投影，能够完全落入所述套刻标记510。
继续参照图1和图2，在本实施例的一个实施方案中，可变视场光阑230的为圆环形，因此，所述测量光斑为圆状。基于此，所述测量光斑的直径小于或等于30um。应知道，过大的测量光斑会导致所述套刻标记510的尺寸增大，这是我们不希望的。
进一步的，所述套刻误差测量的装置还包括反射棱镜600，所述分束镜300还透射中继后的测量光斑，所述反射棱镜600将透过所述分束镜300的测量光斑反射回所述分束镜300中，所述分束镜300将所述反射棱镜600反射回的测量光斑再次反射以形成监测光斑m，所述探测器800获取所述监测光斑m的光强以监测光源110的光强扰动。
所述探测器800获取所述衍射光(也即信号光斑s)的光强并生成第一测量信号，同时获取所述监测光斑m以生成第一监测信号，并对所述第一测量信号和所述第一监测信号进行归一化处理，以获得所述第一参考信号。
所述探测器800获取所述衍射光(也即信号光斑s)的光强并生成第二测量信号，同时获取所述监测光斑m以生成第二监测信号，并对所述第二测量信号和所述第二监测信号进行归一化处理，以获得所述第二参考信号。
详细的，请参照图2和5，第一参考信号的获取方式为，套刻标记510为0度时，探测器800接收衍射光和监测光斑m，并对该衍射光和监测光斑m进行光强扰动归一化处理，也即，通过探测器800同时获取衍射光和监测光斑m的光强，以生成第一测量信号和第一监测信号，继而对所述第一测量信号和所述第一监测信号进行归一化处理，获取第一参考信号。接着，可旋转工件台带动套刻标记510旋转180度后，探测器800再次接收衍射光和监测光斑m，并对该衍射光和监测光斑m进行光强扰动归一化处理，也即，通探测器800同时获取衍射光和监测光斑m的光强，以生成第二测量信号和第二监测信号，继而对第二测量信号和第二监测信号进行归一化处理，获取第二参考信号。
实施例二
本实施例提供的套刻误差测量的不对称性校准的方法中，与实施例一相同的部分在此不再叙述，以下仅针对不同点进行描述。
本实施例与实施一的区别在于，所述探测器800获取所述衍射光的光强并生成第一参考信号的步骤还包括：
所述探测器800获取所述衍射光时，所述套刻标记510沿所述测量光斑的水平分量的方向多次步进移动，每次步进移动后，所述探测器800均获取所述套刻标记510的衍射光的光强并生成第一测量信号，取所述第一测量信号的均值作为所述第一参考信号。
所述探测器800获取所述衍射光的光强并生成第二参考信号的步骤包括：
所述探测器800获取的所述衍射光时，所述套刻标记510沿所述测量光斑的水平分量的方向多次步进移动，每次步进移动后，所述探测器800均获取所述套刻标记510的衍射光的光强并生成第二测量信号，取所述第二测量信号的均值作为所述第二参考信号。
应知道，获取第一参考信号时，套刻标记510沿所述测量光斑的水平分量的方向多次步进移动以取多个第一测量信号之前，已经通过调节可变视场光阑230以调节所述测量光斑的尺寸直至所述衍射光满足控制要求。同样的，获取第二参考信号时，调节可变视场光阑230以调节所述测量光斑的尺寸直至所述衍射光满足控制要求之后，再让所述刻标记沿所述测量光斑的水平分量的方向多次步进移动以取多个第二测量信号。
图9为本实施例中的测量光斑与套刻标记相对位置与套刻误差测试结果的第一关系图。如图9所示，测量光斑与套刻标记相对位置X与参考信号OV的关系呈规则变化，测量光斑照射在所述套刻标记510不同位置时，测量光斑在所述套刻标记510上的投影D内的所述套刻标记510的光栅(也即第一光栅511和第二光栅512)的栅槽面积和栅脊面积比与所述光栅反射的衍射光的光强呈周期变化，所述套刻标记510反射的衍射光会有变化，从而导致所述套刻标记510所反射的衍射光的正负级衍射光光强的非对称性呈现周期性变化。
进一步的，所述套刻标记510包括堆叠的第一光栅511及第二光栅512，所述第一光栅511及所述第二光栅512的结构周期相同，所述套刻标记510多次步进移动后的位移总量等于所述结构周期。
图10为本实例中的测量光斑与套刻标记的相对位置与正负级衍射光的光强差值的关系图。如图10所示，测量光斑与套刻标记510的相对位置X与正负级衍射光的光强差值(I+-I-)之间的关系呈周期性变化。正负级衍射光光强的非对称性，可以通过正负级衍射光的光强差来体现，从图中可以明显看到衍射光强(图中套刻误差测试结果X可以表征衍射光强)的非对称的周期变化和光栅(第一光栅511和第二光栅512)的结构周期一致。基于此，为了消除因所述测量光斑在所述套刻标记510的位置不同所导致的正负级衍射光光强的非对称性的变化，我们在获取第一参考信号时，将所述套刻标记510沿所述测量光斑的水平分量的方向多次步进移动，每次步进移动后，所述探测器800均获取所述套刻标记510的衍射光的光强并生成一个第一测量信号，取多个第一测量信号的均值作为所述第一参考信号。同样的，获取第二参考信号时，所述套刻标记510沿所述测量光斑的水平分量的方向多次步进移动，每次步进移动后，所述探测器800均获取所述套刻标记510的衍射光的光强并生成一个第二测量信号，取多个第二测量信号的均值作为所述第二参考信号。
图11为本实施例中的测量光斑与套刻标记相对位置与套刻误差测试结果的第二关系图。如图9和图11所示，采用本实施例的套刻误差测量的不对称性校准的方法后，我们可以发现即使测量光斑的位置出现非常大的变化，但是由于套刻标记510沿所述测量光斑的水平分量的方向多次步进移动，进行了多次采样并取多个测量信号(也就是第一测量信号或第二测量信号)的均值，从而可以将测量光斑的位置变化引起的衍射光的光强变化抹平。因此，本实施例中的不对称性校准的方法可以获得一个更准确(即不带任何套刻信号)的参考信号，进而使得套刻误差测量受测量光斑位置变化的影响更小，更加具有稳定性。
实施例三
本实施例提供的套刻误差测量的不对称性校准的方法中，与实施例一和实施例二相同的部分在此不再叙述，以下仅针对不同点进行描述。
本实施例与实施一和实施例二的区别在于，在本实施例中，套刻误差测量的装置可以不设置可变视场光阑230或者不使用所述可变视场光阑230。本实施例提供的套刻误差测量的不对称性校准的方法包括以下步骤：
步骤S1:提供套刻标记510，将测量光斑投射到所述套刻标记510上，并被所述套刻标记510反射形成衍射光；
步骤S2:将套刻标记510调整至第一位置，沿所述测量光斑的水平分量的方向多次步进移动所述套刻标记510，每次步进移动后，获取所述套刻标记510的衍射光的光强并生成第一测量信号，取第一测量信号的均值作为所述第一参考信号；
步骤S3:将所述套刻标记510调整至第二位置，沿所述测量光斑的水平分量的方向多次步进移动所述套刻标记510，每次步进移动后，获取所述套刻标记510的衍射光的光强并生成第二测量信号，取第二测量信号的均值作为所述第二参考信号；
步骤S4:根据所述第一参考信号和所述第二参考信号获取套刻误差。
具体的，在步骤S1中，套刻标记510设置于基底500或者工件台，光源模块100发出的测量光斑经过中继镜组200、分束镜300及物镜400投射至所述套刻标记510，所述测量光斑被所述套刻标记510反射形成衍射光，探测器800用于捕获所述衍射光。处理模块根据所述第一参考信号和所述第二参考信号获取参考信号以完成不对称性校准。
所述处理模块处理获取参考信号的步骤包括：
利用如下公式计算出参考信号OV_ref：
OV_ref＝OV_0+OV_180；
其中，OV_0为第一参考信号，OV_180为第二参考信号。
同样的，获取参考信号OV_ref也需要经过光强扰动归一化处理。为了更好的说明本实例中获取所述第一参考信号和所述第二参考信号的过程，下面结合附图进行说明。
图12为本实施例中的获取参考信号的流程图。如图12所示，参考信号的获取方式为：
移动套刻标记510，并采集多次信号。也即，沿所述测量光斑的水平分量的方向多次步进移动所述套刻标记510，每次步进移动后，获取所述套刻标记510的衍射光的光强并生成第一测量信号。
取第一测量信号的均值作为所述第一参考信号。也即，获得了套刻标记510在0度时的信号。
套刻标记510为0度时，每次步进移动后，探测器800接收衍射光和监测光斑m，并对该衍射光和监测光斑m进行光强扰动归一化处理，也即，通过探测器800同时获取衍射光和监测光斑m的光强，以生成第一测量信号和第一监测信号，继而对所述第一测量信号和所述第一监测信号进行归一化处理，将归一化处理的结果求均值，便获取第一参考信号。也即，光强扰动归一化，并求平均。优选的，光强扰动归一化采用点除归一化。
然后，将套刻标记510旋转180度，移动套刻标记510，并采集多次信号以获取第二测量信号。
取第二测量信号的均值作为所述第二参考信号。也即，获得了套刻标记510在180度时的信号。
套刻标记510为180度时，每次步进移动后，探测器800接收衍射光和监测光斑m，并对该衍射光和监测光斑m进行光强扰动归一化处理，也即，通过探测器800同时获取衍射光和监测光斑m的光强，以生成第一测量信号和第一监测信号，继而对所述第一测量信号和所述第一监测信号进行归一化处理，将归一化处理的结果求均值，获取第二参考信号。也即，光强扰动归一化，并求平均。优选的，光强扰动归一化采用点除归一化。
最后，将第一参考信号和第二参考信号相加，便可获得不带有任何套刻信号的参考信号，便完成了套刻误差测量的不对称性校准。
应知道，在本实施例的一个实施方案中，设置有套刻标记510的基底500放置于工件台，因此，套刻标记510的步进移动是通过步进移动工件台而实现的，步进移动的位移量Y满足以下公式：
Y＝P/N；
其中，N为步进移动的次数，P为光栅的结构周期。
进一步的，获取第一测量信号或第二测量信号时，步进移动的次数为4次。
综上所述，本发明提供了一种套刻误差测量的装置，包括光源模块、中继镜组、分束镜、物镜、探测器和处理模块，所述光源模块提供测量光斑，所述中继镜组接收并中继所述测量光斑，所述中继镜组的共轭面设有一用于调节所述测量光斑的尺寸的可变视场光阑；所述分束镜用于反射中继后的测量光斑；所述物镜用于将中继后的测量光斑投射至一基底上的套刻标记上，并被所述套刻标记反射形成衍射光；所述探测器所述衍射光再次穿过所述物镜达到所述探测器，所述探测器获取所述衍射光的光强并生成测量信号；所述处理模块用于根据所述测量信号获取套刻误差。测量光斑和套刻标记的相对位置会发生变化时，可以通过所述可变视场光阑调节所述测量光斑的尺寸，以调节衍射光光强。解决因套刻标记的位置发生变动后，因衍射光的光强分布发生变化而影响测量精度的问题。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种套刻误差测量的装置，其特征在于，包括：
光源模块，提供测量光斑；
中继镜组，接收并中继所述测量光斑，所述中继镜组的共轭面设有一用于调节所述测量光斑的尺寸的可变视场光阑；
分束镜，用于反射中继后的测量光斑；
物镜，用于将中继后的测量光斑投射至一基底的套刻标记上，并被所述套刻标记反射形成衍射光；
探测器，所述衍射光再次穿过所述物镜达到所述探测器，所述探测器获取所述衍射光的光强并生成测量信号；
处理模块，用于根据所述测量信号获取参考信号。
2.如权利要求1所述的套刻误差测量的装置，其特征在于，所述套刻标记包括堆叠的第一光栅及第二光栅，所述第一光栅及第二光栅的结构周期相同。
3.如权利要求1中所述的套刻误差测量的装置，其特征在于，还包括：工件台，所述基底放置于所述工件台，所述工件台能够沿所述测量光斑的水平分量的方向进行步进移动。
4.如权利要求1所述的套刻误差测量的装置，其特征在于，所述光源模块包括沿光路依次设置有：光源、准直透镜、窄带滤波片、偏振片及孔径光阑。
5.如权利要求1所述的套刻误差测量的装置，其特征在于，还包括：反射棱镜，所述分束镜还透射中继后的测量光斑，所述反射棱镜将透过所述分束镜的测量光斑反射回所述分束镜中，所述分束镜将所述反射棱镜反射回的测量光斑再次反射以形成监测光斑，所述探测器获取所述监测光斑的光强以监测所述光源的光强扰动。
6.一种不对称性校准的方法，其特征在于，包括：
光源模块提供测量光斑，所述测量光斑通过中继镜组、分束镜和物镜后投射至基底上的套刻标记，并被所述套刻标记反射形成衍射光，所述衍射光再次穿过所述物镜达到探测器；
将基底设置于第一位置，调节可变视场光阑以调节所述测量光斑的尺寸直至所述衍射光满足控制要求时，所述探测器获取所述衍射光的光强并生成第一参考信号；
将基底设置于第二位置，调节可变视场光阑以调节所述测量光斑的尺寸直至所述衍射光满足控制要求时，所述探测器再次获取所述衍射光的光强并生成第二参考信号；
处理模块根据所述第一参考信号和所述第二参考信号获取参考信号以完成不对称性校准。
7.如权利要求6所述的不对称性校准的方法，其特征在于，所述衍射光包括正级衍射光及负级衍射光，将所述正级衍射光与所述负级衍射光的光强差值与所述测量光斑的尺寸生成一关系曲线，当所述关系曲线斜率达到最大时，所述衍射光满足控制要求。
8.如权利要求6所述的不对称性校准的方法，其特征在于，所述第二位置由所述第一位置旋转180度得到。
9.如权利要求6所述的不对称性校准的方法，其特征在于，所述处理模块获取所述参考信号的步骤包括：
利用如下公式计算出参考信号OV_ref：
OV_ref＝OV_0+OV_180；
其中，OV_0为所述第一参考信号，OV_180为所述第二参考信号。
10.如权利要求6所述的不对称性校准的方法，其特征在于，所述探测器获取所述衍射光的光强并生成所述第一参考信号和第二参考信号的步骤还包括：
所述探测器获取所述衍射光时，所述套刻标记沿所述测量光斑的水平分量的方向多次步进移动，每次步进移动后，所述探测器均获取所述套刻标记的衍射光的光强并生成所述第一测量信号，取所述第一测量信号的均值分别作为所述第一参考信号；
所述探测器获取所述衍射光时，所述套刻标记沿所述测量光斑的水平分量的方向多次步进移动，每次步进移动后，所述探测器均获取所述套刻标记的衍射光的光强并生成所述第二测量信号，取所述第二测量信号的均值分别作为所述第二参考信号。
11.如权利要求10所述的不对称性校准的方法，其特征在于，所述套刻标记包括堆叠的第一光栅及第二光栅，所述第一光栅及所述第二光栅的结构周期相同，所述套刻标记多次步进移动后的位移总量等于所述结构周期。
12.如权利要求6所述的不对称性校准的方法，其特征在于，所述套刻误差测量的装置还包括反射棱镜，所述分束镜还透射中继后的测量光斑，所述反射棱镜将透过所述分束镜的测量光斑反射回所述分束镜中，所述分束镜将所述反射棱镜反射回的测量光斑再次反射以形成监测光斑，所述探测器获取所述监测光斑的光强以监测所述测量光斑的光强扰动；
所述探测器获取所述衍射光的光强并生成第一测量信号，同时获取所述监测光斑以生成第一监测信号，并对所述第一测量信号和所述第一监测信号进行归一化处理，以获得所述第一参考信号；
所述探测器获取所述衍射光的光强并生成第二测量信号，同时获取所述监测光斑以生成第二监测信号，并对所述第二测量信号和所述第二监测信号进行归一化处理，以获得所述第二参考信号。
13.如权利要求6所述的不对称性校准的方法，其特征在于，调节所述可变视场光阑时，所述测量光斑的尺寸小于或等于所述套刻标记的尺寸。
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