TWI635373B - Apparatus and method for measuring stacking error - Google Patents

Abstract

本發明提出了一種測量疊對誤差的裝置和方法，在裝置中增加能夠將測量光調整為關於顯微物鏡光軸中心對稱的測量光調整元件，使得測量光經過該套裝置後經過疊對測量標記形成正負級次繞射光，並最終在探測器上顯示正負級次繞射光的繞射光譜，並且繞射光譜上正級次繞射光和負級次繞射光的光譜互相錯開，由控制系統根據該繞射光譜計算疊對誤差，這樣在光源選擇時就可以使用寬波段光源，因此，這種裝置和方法測量光波長範圍更寬廣且可使用任何光斑形狀光源，這樣獲取的測量訊號更加豐富，提高了測量精度，光能的利用率較高，對於小尺寸的疊對測量標記也能接收到測量光，因此也適應小尺寸的被測物件，使其更適應於精細化的半導體產品。

Description

測量疊對誤差的裝置和方法

本發明涉及半導體光刻領域，特別涉及一種測量疊對誤差的裝置和方法。

根據ITRS(International technology Roadmap for Semiconductor，國際半導體技術規劃)給出的光刻測量技術路線圖，隨著光刻圖形的關鍵尺寸進入22nm及以下製程節點，特別是雙重曝光(Double Patterning)技術的廣泛應用，對光刻製程參數疊對(overlay)的測量精度要求已經進入亞奈米領域。由於成像解析度極限的限制，傳統的基於成像和圖像識別的疊對測量技術(Imaging-Based overlay，IBO)已逐漸不能滿足新的製程節點對疊對測量的要求。基於繞射光探測的疊對測量技術(Diffraction-Based overlay，DBO)正逐步成為疊對測量的主要手段。

由於繞射光的繞射角隨入射光入射角度變化而改變，不同角度的入射光在被具有光柵結構的標記繞射後形成各個繞射級次的繞射光，各個繞射級次的繞射光形成的光強分佈為反射光角分辨譜。如中國專利CN1916603A(申請號為：200510091733.1，公開日為2007年2月21日)中公開了一種環形照明模式下，各個繞射級次繞射光所形成的反射光角分辨譜在CCD探測器上的分佈情況。

基於上述原理，美國專利US7791727B2(申請號為：10/918742，公開日為2006年12月16日)中公開了一種DBO技術，該技術測量光藉由疊對 標記而發生繞射和反射所形成的繞射光角分辨譜中，相同繞射級次間的非對稱性得到疊對標記的疊對誤差。

該專利中公開了該技術手段的裝置結構圖，如第1圖所示，光源2發出的光依次經過透鏡組L2、濾鏡裝置30後形成窄頻寬的入射光，物鏡L1將入射光彙聚到基底6的疊對標記上。探測器32位於物鏡L1的後焦面，疊對標記的繞射光被物鏡L1收集後被反射面34反射從而被探測器32接收。探測器32測得光藉由疊對標記在各個角度發生的繞射和反射形成的反射光角分辨譜。為了獲得大範圍的角分辨譜，該方案中使用大數值孔徑(NA)的物鏡L1。由於不同波長的繞射光的繞射角度不同，為了防止不同波長角譜間的重疊，該方案採用濾鏡裝置30對光源2發出的光進行濾波，形成窄頻寬的測量光。原則上，該方案只能一次測量一個波長下的反射光角分辯譜。為了進行多波長測量，可使用該專利中提供的一種在物鏡L1光瞳面40進行分光的方案，以便同時測量多個分立波長下的角分辯譜。儘管如此，該專利仍然只能測量有限個分立的波長。

由此可知，習知技術中用於疊對誤差測量的測量光波長範圍有限，面對複雜的半導體製造製程，可能存在一定的製程適應性問題。例如，若測量光的光波長正好是半導體上覆蓋的薄膜膜厚的4倍，則容易發生干涉效應而使從疊對標記上反射光的反射率大大降低，從而造成測量精度的下降。其次，習知技術中使用的大NA物鏡方案，具有較小的焦深範圍。一般而言，測量光使用的有效數值孔徑大於0.9，以典型的測量光波長600nm計算，則其有效焦深範圍不到1μm。因此，在測量過程中必須對焦面位置進行高精度的控制，這將影響測量速度和精度；此外，在這種情況下，若焦面控制不力，則測量光的光斑極 易擴散到被測量的疊對標記外，形成大量雜光，嚴重干擾測量的過程。

因此有必要發明測量疊對誤差的裝置和方法，不但能夠適應波段範圍更廣的測量光，還能夠更好地適應趨於精細化的半導體。

為解決上述問題，本發明提出了一種測量疊對誤差的裝置和方法，在裝置中增加能夠將測量光調整為關於顯微物鏡光軸中心對稱的測量光調整元件，使得測量光經過該套裝置後經過疊對測量標記形成正負級次繞射光，並最終在探測器上顯示正負級次繞射光的繞射光譜，由控制系統根據該繞射光譜計算疊對誤差，因此該裝置與方法可以使用較寬波段的光源來測量疊對誤差，這樣測量光波長範圍更寬廣，繞射光譜為正負級次繞射光的光譜，因此獲取的測量訊號更加豐富，提高了測量精度，且光能的利用率較高，可以適應小尺寸的被測物件，使其更適應於現代趨於精細化的半導體產品。

為達到上述目的，本發明提供一種測量疊對誤差的裝置，包括一照明系統，用於產生測量光；一測量光調整元件；一測量分光鏡，用於將測量光分光，所述照明系統、測量光調整元件以及測量分光鏡依次排在第一直線上；一顯微物鏡，用於收集測量光，並投射至具有光柵結構的疊對測量標記的被測物件的表面；一探測器，用於探測測量光入射疊對測量標記後發生繞射形成的繞射光譜，所述探測器位於所述顯微物鏡的瞳面，且所述探測器、測量分光鏡、顯微物鏡以及被測物件依次排列在第二直線上，所述第一直線與所述第二直線相交；一控制系統，與所述探測器訊號連接，用於根據所述探測器上顯示的由疊對測量標記形成的繞射光譜，計算疊對誤差；所述測量光調整元件用於將測量光調整為關於所述顯微物鏡光軸中心對稱，使得形成的繞射光譜上正級繞射 光的光譜與負級繞射光的光譜相互錯開。

較佳地，經過所述測量光調整元件的中心且垂直於所述測量光調整元件的直線與所述顯微物鏡的光軸關於所述測量分光鏡的法線對稱。

較佳地，所述測量光調整元件為一環形光闌或者狹縫，所述環形光闌由兩個關於圓心對稱的四分之一圓環組成。

較佳地，更包括一入射分光鏡，位於所述照明系統與所述測量光調整元件之間。

較佳地，所述測量光調整元件為具有線性出射面的光纖簇。

較佳地，所述光纖簇的出射面為線性排列的光纖端面。

較佳地，所述光纖簇的出射面上更包括一準直元件，位於測量光從光纖簇出射面出射的光路上，所述準直元件用於準直從光纖簇出射的光。

較佳地，所述準直元件為凹透鏡陣列或者自聚焦系統。

較佳地，所述光纖簇的入射面為二維矩形面或者三維結構。

較佳地，所述三維結構為半球形或者橢球形。

較佳地，更包括一監測光元件，位於測量光穿透所述測量分光鏡後的光路上，所述控制系統還對從所述被測物件上反射和繞射測量光形成的測量光訊號與從所述監測光元件上反射或繞射測量光形成的監測光訊號作歸一化處理。

較佳地，所述監測光元件依次包括：一透鏡組，位於測量光穿透所述測量分光鏡後的光路上；一監測光學元件，位於測量光穿透所述透鏡組後的光路上，用於反射或者繞射測量光並且將由此產生的反射光或者繞射光的至少一部分藉由所述透鏡組。

較佳地，所述監測光學元件為監測光柵，所述監測光柵的週期與所述疊對測量標記的光柵的週期相同，所述監測光柵傾斜放置，使得從監測光柵繞射出繞射光中僅有-1級繞射光能藉由所述透鏡組，在藉由所述透鏡組後到達所述測量分光鏡並被所述測量分光鏡反射至所述探測器。

較佳地，所述監測光學元件為兩個相互垂直擺放的反射鏡，穿透過所述透鏡組的測量光被兩個反射鏡反射至所述測量分光鏡，並被所述測量光分鏡反射至所述探測器。

較佳地，所述被測對象由一承片台承載。

較佳地，更包括一起偏裝置，位於測量光向所述探測器入射的光路上。

較佳地，所述起偏裝置包括一起偏器，位於所述測量光調整元件與所述測量分光鏡之間；一檢偏器，位於所述測量分光鏡與所述探測器之間。

較佳地，更包括一補償器，位於測量光從所述起偏器出射的光路上，用於測量具有偏振態的測量光的反射率變化和位相變化。

較佳地，所述照明系統產生的測量光為紫外光、可見光、紅外光中的至少一種。

本發明還提供一種測量疊對誤差的方法，由照明系統發出測量光，在照明系統與測量分光鏡之間設置測量光調整元件，由所述測量光調整元件將測量光整形成為關於所述顯微物鏡光軸中心對稱後，被測量分光鏡反射，並經過顯微物鏡後入射至被測對象上，測量光經過被測物件繞射後形成正負級次的繞射光，正負級次繞射光依次藉由顯微物鏡、測量分光鏡到達探測器上形成正級次繞射光光譜與負級繞射光光譜相互錯開的繞射光譜，控制系統根據探測器 上的繞射光譜計算得到被測物件的疊對誤差。

較佳地，在測量光從所述測量光調整元件出射穿透所述測量分光鏡後的光路上設置監測光元件，則測量光依次藉由測量光調整元件、測量分光鏡後入射至所述監測光元件，並被監測光元件反射或繞射，由此產生的反射光或者繞射光的至少一部分藉由所述測量分光鏡，並由測量分光鏡反射至探測器，將從被測物件上反射和繞射測量光形成的測量光訊號與從監測光元件上反射或繞射測量光形成的監測光訊號作歸一化處理，用於消除光強波動對測量疊對誤差的干擾。

較佳地，具體包括以下步驟：步驟一：計算所述探測器顯示的繞射光譜上每個圖元點的靈敏度，設定靈敏度的閾值，將繞射光譜上靈敏度小於閾值的圖元點濾除；步驟二：生成表徵測量光的正級繞射光光強與負級繞射光光強之差與步進單位疊對誤差值之間的關係圖；步驟三：根據步驟二得到的正級繞射光光強與負級繞射光光強之差與步進單位疊對誤差值之間的關係圖進行反覆運算遞迴，每次反覆運算產生中間圖像，當反覆運算計算得到對稱的中間圖像，則完成反覆運算，則反覆運算形成的總步長即為所述疊對測量標記的疊對誤差。

較佳地，在被測對象上製作兩個排列成行的疊對測量標記，分別為第一疊對測量標記和第二疊對測量標記，第一疊對測量標記設定第一疊對測量標記所在的圖案化光阻與上層圖案化光阻的疊對誤差為0，第二疊對測量標記設定上層的圖案化光阻與第二疊對測量標記所在的圖案化光阻的偏移量為△。

較佳地，步驟一中計算探測器顯示的繞射光譜上每個圖元點的靈 敏度的方法為，其中Left_Intensity為照射在第一疊對測量標記上的光強，Right_Intensity為照射在第二疊對測量標記上的光強。

較佳地，步驟二中的生成表徵測量光的正級繞射光光強與負級繞射光光強之差與步進單位疊對誤差值之間的關係圖時，依據的公式為：，其中OV_step_map為運行一個步進單位疊對誤差OV_step時所對應的探測器接收到的光強變化量在控制系統上的圖像。

較佳地，步驟三中每次反覆運算產生的中間圖像所對應的中間圖像值pad_ov=Left_Intensity-m*OV_step_map，其中m為反覆運算的迴圈次數，當pad_ov值為0時，m所對應的值為n，則疊對測量標記的疊對誤差OV_value=n×OV_step。

與習知技術相比，本發明的有益效果是：本發明提供一種測量疊對誤差的裝置，包括一照明系統，用於產生測量光；一測量光調整元件；一測量分光鏡，用於將測量光分光，所述照明系統、測量光調整元件以及測量分光鏡依次排在第一直線上；一顯微物鏡，用於收集測量光，並投射至具有光柵結構的疊對測量標記的被測物件的表面；一探測器，用於探測測量光入射疊對測量標記後發生繞射形成的繞射光譜，所述探測器位於所述顯微物鏡的瞳面，且所述探測器、測量分光鏡、顯微物鏡以及被測物件依次排列在第二直線上，所述第一直線與所述第二直線相交；一控制系統，與所述探測器訊號連接，用於根據所述探測器上顯示的由疊對測量標記形成的繞射光譜，計算疊對誤差；所 述測量光調整元件用於將測量光調整為關於所述顯微物鏡光軸中心對稱，使得形成的繞射光譜上正級繞射光的光譜與負級繞射光的光譜相互錯開。

本發明更提供一種測量疊對誤差的方法，由照明系統發出測量光，在照明系統與測量分光鏡之間設置測量光調整元件，由所述測量光調整元件將測量光整形成為關於所述顯微物鏡光軸中心對稱後，被測量分光鏡反射，並經過顯微物鏡後入射至被測對象上，測量光經過被測物件繞射後形成正負級次的繞射光，正負級次繞射光依次藉由顯微物鏡、測量分光鏡到達探測器上形成正級次繞射光光譜與負級繞射光光譜相互錯開的繞射光譜，控制系統根據探測器上的繞射光譜計算得到被測物件的疊對誤差。

本發明提出了一種測量疊對誤差的裝置和方法，在裝置中增加能夠將測量光調整為關於所述顯微物鏡光軸中心對稱的測量光調整元件，使得測量光經過該套裝置後經過疊對測量標記形成正負級次繞射光，並最終在探測器上顯示正負級次繞射光的繞射光譜，並且繞射光譜上正級次繞射光和負級次繞射光的光譜互相錯開，因此相互之間並不干擾，由控制系統根據該繞射光譜計算疊對誤差，這樣在光源選擇時就可以使用寬波段光源，如紅外光、紫外光、可見光或者這幾種光的組合光，且由於具有測量光調整元件，可以使用面光源、線光源或者點光源，因此，這種裝置和方法測量光波長範圍更寬廣、可使用任何光斑形狀光源，這樣獲取的測量訊號更加豐富，提高了測量精度，且由於光能的利用率較高，對於小尺寸的疊對測量標記也能接收到測量光，因此這種裝置和方法也適應小尺寸的被測物件，使其更適應於現代趨於精細化的半導體產品。

2‧‧‧光源

30‧‧‧濾鏡裝置

32‧‧‧探測器

34‧‧‧反射面

40‧‧‧光瞳面

6‧‧‧基底

L1‧‧‧物鏡

L2‧‧‧透鏡組

41‧‧‧光源

43‧‧‧光纖簇

432‧‧‧入射面

437‧‧‧光纖

44‧‧‧出射面

45‧‧‧測量分光鏡

46‧‧‧顯微物鏡

47‧‧‧被測物件

471‧‧‧第一疊對測量標記

472‧‧‧第二疊對測量標記

48‧‧‧承片台

49‧‧‧透鏡組

410‧‧‧監測光柵

411‧‧‧探測器

414‧‧‧監測光譜

4151‧‧‧第一繞射光譜

4152‧‧‧第二繞射光譜

4153‧‧‧第三繞射光譜

4154‧‧‧第四繞射光譜

4171‧‧‧第一光闌

419‧‧‧反射鏡

第1圖為習知技術中測量疊對誤差的裝置結構示意圖。

第2圖為本發明實施例一測量疊對誤差的裝置結構示意圖。

第3圖為本發明實施例一被測對象截面示意圖。

第4圖為本發明實施例一測量繞射光強隨著疊對值的變化而變化的示意圖。

第5圖為本發明實施例一第一疊對測量標記示意圖。

第6圖為本發明實施例一第二疊對測量標記的示意圖。

第7圖為本發明實施例一正負級次繞射光與繞射效率之間的關係圖。

第8圖為本發明實施例一濾除靈敏度較差的圖元點後的變化示意圖。

第9圖為本發明實施例一生成的疊對誤差與正負級次光強差的關係圖。

第10圖為本發明實施例一光纖簇結構示意圖。

第11圖為第10圖中光纖出口端面排列示意圖。

第12圖為第10圖中入射面結構示意圖。

第13圖為本發明實施例一步進單位疊對誤差時光強變化圖。

第14圖為本發明實施例一測量光訊號與監測光訊號在探測器上顯示圖。

第15圖為本發明實施例二光纖簇結構示意圖。

第16圖為本發明實施例三光闌結構示意圖。

第17圖為本發明實施例四測量疊對誤差的裝置結構示意圖。

第18圖為本發明實施例四監測光訊號和測量光訊號顯示圖。

第19圖為本發明實施例五監測光訊號和測量光訊號顯示圖。

第20圖為本發明實施例六監測光訊號和測量光訊號顯示圖。

為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合圖式對本發明的具體實施方式做詳細的說明。

實施例一

請參照第2圖，本發明提供一種測量疊對誤差的裝置，包括一照明系統，用於產生測量光，照明系統中至少包括一個光源41，光源41為寬波帶光源，可以是面光源、線光源或者點光源，以及具有其它光斑形狀的光源，照明系統產生的測量光為紫外光、可見光、紅外光中的至少一種。

一測量光調整元件，經過測量光調整元件的中心且垂直於測量光調整元件的直線與顯微物鏡46的光軸關於測量分光鏡45的法線對稱，使用這樣的入射角度，使得從測量分光鏡45上反射的光皆能垂直入射顯微物鏡46，保證最大程度的收集入射光。

本實施例中測量光調整元件為光纖簇43，請參照第11圖，光纖簇43具有線性出射面44，具體為光纖437的端面呈線性排列。

一測量分光鏡45，用於將測量光分光，且與照明系統、測量光調整元件依次排列成第一直線。

一顯微物鏡46，用於收集測量光，並投射至具有光柵結構的疊對測量標記的被測物件47的表面。

其中被測物件47上的疊對測量標記，用於反射和繞射測量光，疊對測量標記一般在掩膜版上，位於掩膜版上非圖案區域，疊對測量標記包括兩個排列成行的第一疊對測量標記471和第二疊對測量標記472，在製作掩膜版時，第一疊對測量標記471設定為與上一版掩膜版上的第一疊對測量標記471的疊對誤差為0，第二疊對測量標記472設定為與上一版掩膜版上的第二疊對測量標記472的預設偏移量為△；更包括一探測器411，用於探測由疊對測量標記形成的繞射光譜，探測器411位於顯微物鏡46的瞳面，且與測量分光鏡45、顯微物鏡46、被測對象47依次排列成第二直線，上述第一直線與第二直線相交，因此形成了第2圖的結構；更包括一控制系統(未圖示)，與探測器411訊號連接，用於根據探測器411上顯示的由疊對測量標記形成的繞射光譜，計算疊對誤差；測量光調整元件也就是光源整形系統，用於將測量光整形為關於顯微物鏡46光軸中心對稱，使得形成的繞射光譜上正級繞射光的光譜與負級繞射光的光譜相互錯開，也就是使兩者互不干擾，這樣控制系統在計算時可避免很多誤差。

在本實施例中，請參照第10和11圖，測量光調整元件即為具有線性出射面44的光纖簇43，光纖簇43中具有若干根光纖437，光纖437一般直徑很小，可達幾百微米，由於光經過光纖437後出射出的光方向雜亂，因此在光纖簇43的出射面44設置一準直元件(未圖示)，使用較常見的準直元件，如凹透鏡陣列或者自聚焦系統，準直元件將從光纖437出射的光整形為相互平行的光，這樣使得在測量時入射被測物件47光線均勻，從根源處減少誤差。

較佳地，請參照第12圖，光纖簇43的入射面432為二維矩形面，即光纖437入射的端面排列形成矩形。

較佳地，為了提高測量的準確性，設置能夠提供參考光的裝置， 具體為一監測光元件，請參照第2圖，監測光元件位於測量光穿透測量分光鏡45後的光路上，其具體包括一透鏡組49，位於測量光穿透測量分光鏡45後的光路上；一監測光學元件，位於測量光穿透透鏡組49後的光路上，用於反射或者繞射測量光並且將反射光或者繞射光藉由透鏡組49，具體地，本實施例中的監測光學元件為監測光柵410，監測光柵410的週期與疊對測量標記的光柵的週期相同，且監測光柵410傾斜放置，使得從監測光柵410繞射出的繞射光中僅有-1級繞射光能藉由透鏡組49，其餘0級和+1級繞射光的光路不藉由透鏡組49，當-1級繞射光藉由透鏡組49後到達測量分光鏡45並被測量分光鏡45反射至探測器411。

請參照第14圖，從被測物件47上反射和繞射的測量光形成的為測量光訊號，本實施例中由於使用線性光源，因此在探測器411上顯示的光譜為第一繞射光譜4151，從監測光元件上反射和繞射測量光形成的為監測光訊號，在探測器411上顯示為監測光譜414，將監測光訊號作為一種參考對比量，控制系統將測量光訊號與監測光訊號作歸一化處理，經過歸一化處理後，計算的疊對誤差能夠消除寬波段光源中部分波段光強的擾動對疊對誤差測量的影響。

請參照第2和3圖，本發明提供的測量裝置主要用於測量被測對象47疊對誤差，被測對象47為一矽片，放置在光刻機工件台的承片台48上，矽片上具有至少兩層圖案化的光阻，測量的疊對誤差即為同一個位置上兩層圖案化光阻之間的覆蓋誤差。當矽片上製作完成第一層圖案化光阻後，在後續製程中更需要再次塗覆一層光阻，並使該層光阻圖案化，但由於第二次圖案化光阻時其在掩膜對準時可能並未與第一層圖案化光阻的圖案對準，因此才會造成上述圖案化光阻的覆蓋誤差。

請參照第4圖，當兩層圖案化光阻之間具有疊對誤差時，從光阻上繞射出來的光會產生變化，當疊對誤差值等於零時，各正負高級次繞射光強相等，當疊對誤差值不等於零時，各正負高級次繞射光強不相等，並且當疊對誤差值在零點附近時，繞射光強與疊對誤差值成線性關係。

基於上述原理，本發明提供一種基於上述測量裝置的測量疊對誤差的方法，由光源41發出測量光，由測量光調整元件將測量光整形成為關於顯微物鏡46光軸中心對稱後，被測量分光鏡45反射，並經過顯微物鏡46後入射至被測物件47的疊對測量標記上，測量光經過疊對測量標記繞射後形成正負級次的繞射光，正負級次繞射光依次藉由顯微物鏡46、測量分光鏡45到達探測器411上形成正級次繞射光光譜與負級繞射光的光譜相互錯開的繞射光譜，控制系統根據探測器411上的繞射光譜計算得到被測物件47的疊對誤差。

請參照第5與6圖，使用本發明提供的測量方法，要求被測物件47上具有至少兩個疊對測量標記，分別為第一疊對測量標記471和第二疊對測量標記472，這兩個標記分別位於矽片的兩側，位於非圖案區域，兩者之間間隔著有效圖案區域，在設計掩膜版時，設定第一疊對測量標記471與下層光阻之間的疊對誤差為0，但由於兩次掩膜曝光必定存在對準誤差，因此必定會產生疊對誤差ε，因此第一疊對測量標記471與下層光阻之間的偏移量為0+ε=ε，設定第二疊對測量標記472與下層光阻之間具有預設偏移量△，那麼經過第二次掩膜曝光後，實際上形成的偏移量即為ε+△。

使用上述疊對測量標記，測量疊對誤差具體包括以下步驟：

步驟一：請參照第7與8圖，計算探測器411顯示的繞射光譜上 每個圖元點的靈敏度，其中Left_Intensity為照射在第一疊對測量標記471上的光強，Right_Intensity為照射在第二疊對測量標記472上的光強，對於照射在第一疊對測量標記471上的正負光強分別為Left_Intensity_Positive=k．ε+b，Left_Intensity_Nagetive=-k．ε+b，對於照射在第二疊對測量標記472上的正負光強分別為Right_Intensity_Positive=k．(ε+△)+b，Right_Intensity_Nagetive=-k．(ε+△)+b，其中k為該裝置的測量製程參數，b為光強的基本值，也就是疊對誤差值為0時的光強值，ε為疊對誤差值。

請參照第7圖，圖中靈敏度較差的點，其縱座標並未隨著橫座標的變化而發生較大的變化，因此需要將其濾除，濾除方法為根據經驗設定靈敏度的閾值，將計算得到的靈敏度小於閾值的圖元點濾除，濾除後如第8圖所示。

步驟二：請參照第9圖，生成表徵測量光的正級繞射光光強與負級繞射光光強之差與步進單位疊對誤差值時在控制系統中生成的map(圖像)之間的關係。

生成關係圖依據的公式為：，其中OV_step_map為運行一個步進單位OV_step疊對誤差時所對應的探測器411接收到的光強變化量在控制系統上的圖像，其對應的圖像請參照第13圖所示，其中OV_step是個常數值。

步驟三：利用電腦系統的反覆運算遞迴計算疊對誤差值，即根據步驟二得到的正級繞射光光強與負級繞射光光強之差與單位疊對誤差值之間的關係進行反覆運算遞迴，具體為計算每次反覆運算產生的中間圖像map對應的 計算值pad_ov=Left_Intensity-m*OV_step_map，其中m為反覆運算的迴圈次數，當計算得到的pad_ov對應的中間圖像map接近於無偏差時，也就是pad_ov的值接近於0時，得到此時m所對應的值為n，則疊對測量標記的疊對誤差OV_value=n×OV_step。

此外為了提高測量的精確度，請參照第2和14圖，在測量光從測量光調整元件出射穿透測量分光鏡45後的光路上設置監測光元件，則測量光依次藉由測量光調整元件、測量分光鏡45後入射至監測光元件，並被監測光元件反射和繞射後至測量分光鏡45，並由測量分光鏡45反射至探測器411，將從被測物件47上反射和繞射測量光形成的測量光訊號與從監測光元件上反射和繞射測量光形成的監測光訊號作歸一化處理，用於消除雜散光對測量疊對誤差的干擾。

實施例二

請參照第15圖，本實施例與實施例一的區別在於光纖簇43的入射面432為一三維結構，如第15圖所示的半球形，也可為橢球形，這種球形的入射面432能夠增大入射面432的表面積，能夠收集更多的入射光。

實施例三

請參照第16圖，本實施例與實施例一的區別在於測量光調整元件為一環形第一光闌4171，環形第一光闌4171由兩個關於圓心對稱的四分之一圓環組成，也即該兩個四分之一圓環處為遮光處，其餘皆為透光處。

實施例四

請參照第17圖，本實施例與實施例三的區別在於，監測光元件為兩個相互之間夾角為90°的反射鏡419，穿透過透鏡組49的測量光被兩個反射 鏡419反射至測量分光鏡45，並被測量光分鏡45反射至探測器411，由於監測光譜414由反射鏡419形成，因此形成的監測光譜414與測量光訊號形成的第二繞射光譜4152如第18圖所示。

實施例五

請參照第19圖，本實施例與實施例三的區別在於使用的第二光闌(未圖示)的形狀為兩個關於中心對稱的半弦，且監測光元件與實施例四相同，因此得到的監測光譜414與測量光訊號形成的第三繞射光譜4153如第19圖所示。

實施例六

請參照第20圖，本實施例與實施例五的區別在於使用的第三光闌(未圖示)為實施例五的第二光闌順時針旋轉90°形成，得到的監測光譜414與測量光形成的第四繞射光譜4154如第20圖所示。

實施例七

本實施例與實施例一區別在於測量光調整元件為一狹縫(未圖示)。

實施例八

本實施例與實施例七的區別在於具有兩個狹縫，在照明系統與測量光調整元件設置一入射分光鏡(未圖示)，入射分光鏡將測量光分為兩束相同的光並分別入射兩個狹縫。

實施例九

本實施例與實施例八的區別在於在狹縫與測量分光鏡45之間設置快門(未圖示)，用於遮擋對測量產生干擾的非測量光束。

實施例十

本實施例與實施例一的區別在於在裝置中增加一濾光裝置(未圖示)，該濾光裝置位於測量光向被測物件47入射的光路上，如可設置在照明系統上，當光源41發出測量光後經過濾光裝置，可以濾除具有較窄頻寬的測量光，更有利於測量。

實施例十一

本實施例與實施例一的區別在於更包括一起偏裝置(未圖示)，位於測量光向探測器411入射的光路上，使得測量光變為具有偏振態的光。

具體地，起偏裝置包括一起偏器，位於測量光調整元件與測量分光鏡45之間；一檢偏器，位於測量分光鏡45與探測器411之間。

較佳地，更包括一補償器，位於測量光從起偏器出射的光路上，用於測量具有偏振態的測量光的反射率變化和位相變化。

在裝置中加入起偏器，使得測量光變為具有TE模或者TM模的偏振光，但具體根據被測物件47的情況而選擇TE模還是TM模，由於TE模和TM模對於同一被測物件47的反射率並不相同，如被測的物體為金屬且具有線性的光柵結構，則TE模更容易被線性光柵吸收，因此反射效率低，最後則導致影響測量製程參數k。一般來說，k越大，則會將疊對誤差值ε放大而實現在測得的光強值中，從而容易被控制系統計算得到，這樣提高了測量精度，因此需要根據測量製程以及被測物體選擇不同性質的偏振光。

本發明對上述實施例進行了描述，但本發明不僅限於上述實施例，顯然本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技 術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。

Claims (21)

1. 一種測量疊對誤差的裝置，其包括：一照明系統，用於產生測量光；一測量光調整元件；一入射分光鏡，位於該照明系統與該測量光調整元件之間；一測量分光鏡，用於將測量光分光，該照明系統、該測量光調整元件以及該測量分光鏡依次排在一第一直線上；一顯微物鏡，用於收集測量光，並投射至具有一光柵結構的一疊對測量標記的一被測物件的表面；一探測器，用於探測測量光入射該疊對測量標記後發生繞射形成的一繞射光譜，該探測器位於該顯微物鏡的瞳面，且該探測器、該測量分光鏡、該顯微物鏡以及該被測物件依次排列在一第二直線上，該第一直線與該第二直線相交；一控制系統，與該探測器訊號連接，用於根據該探測器上顯示的由該疊對測量標記形成的該繞射光譜，計算疊對誤差；以及該測量光調整元件用於將測量光調整為關於該顯微物鏡光軸中心對稱，使得形成的該繞射光譜上正級繞射光的光譜與負級繞射光的光譜相互錯開；其中經過該測量光調整元件的中心且垂直於該測量光調整元件的直線與該顯微物鏡的光軸關於該測量分光鏡的法線對稱；其中該測量光調整元件為具有線性出射面的一光纖簇。
2. 如申請專利範圍第1項所述之測量疊對誤差的裝置，其中該光纖簇的出射面為線性排列的光纖端面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之測量疊對誤差的裝置，其中該光纖簇的出射面上還包括一準直元件，位於測量光從該光纖簇出射面出射的光路上，該準直元件用於準直從該光纖簇出射的光。
4. 如申請專利範圍第3項所述之測量疊對誤差的裝置，其中該準直元件為凹透鏡陣列或者自聚焦系統。
5. 如申請專利範圍第1項所述之測量疊對誤差的裝置，其中該光纖簇的入射面為一二維矩形面或者一三維結構。
6. 如申請專利範圍第5項所述之測量疊對誤差的裝置，其中該三維結構為半球形或者橢球形。
7. 如申請專利範圍第1項所述之測量疊對誤差的裝置，其更包括一監測光元件，位於測量光穿透該測量分光鏡後的光路上，該控制系統還對從該被測物件上反射和繞射測量光形成的測量光訊號與從該監測光元件上反射或繞射測量光形成的監測光訊號作歸一化處理。
8. 如申請專利範圍第7項所述之測量疊對誤差的裝置，其中該監測光組件依次包括：一透鏡組，位於測量光穿透該測量分光鏡後的光路上；一監測光學元件，位於測量光穿透該透鏡組後的光路上，用於反射或者繞射測量光並且將由此產生的反射光或者繞射光的至少一部分藉由該透鏡組。
9. 如申請專利範圍第8項所述之測量疊對誤差的裝置，其中該監測光學元件為一監測光柵，該監測光柵的週期與該疊對測量標記的光柵的週期相同，該監測光柵傾斜放置，使得從該監測光柵繞射出繞射光中僅有-1級繞射光能藉由該透鏡組，在藉由該透鏡組後到達該測量分光鏡並被該測量分光鏡反射至該探測器。
10. 如申請專利範圍第8項所述之測量疊對誤差的裝置，其中該監測光學元件為兩個相互垂直擺放的反射鏡，穿透過該透鏡組的測量光被該兩個反射鏡反射至該測量分光鏡，並被該測量光分鏡反射至該探測器。
11. 如申請專利範圍第1項所述之測量疊對誤差的裝置，其中該被測物件由一承片台承載。
12. 如申請專利範圍第1項所述之測量疊對誤差的裝置，其更包括一起偏裝置，位於測量光向該探測器入射的光路上。
13. 如申請專利範圍第12項所述之測量疊對誤差的裝置，其中該起偏裝置包括：一起偏器，位於該測量光調整元件與該測量分光鏡之間；以及一檢偏器，位於該測量分光鏡與該探測器之間。
14. 如申請專利範圍第16項所述之測量疊對誤差的裝置，其更包括一補償器，位於測量光從該起偏器出射的光路上，用於測量具有偏振態的測量光的反射率變化和位相變化。
15. 如申請專利範圍第1項所述之測量疊對誤差的裝置，其中該照明系統產生的測量光為紫外光、可見光、紅外光中的至少一種。
16. 一種測量疊對誤差的方法，其包含：由一照明系統發出測量光，在該照明系統與一測量分光鏡之間設置一測量光調整元件，由該測量光調整元件將測量光整形成為關於該顯微物鏡光軸中心對稱後，被該測量分光鏡反射，並經過該顯微物鏡後入射至被測對象上，測量光經過一被測物件繞射後形成正負級次的繞射光，正負級次繞射光依次藉由該顯微物鏡、該測量分光鏡到達一探測器上形成正級次繞射光光譜與負級繞射光光譜相互錯開的一繞射光譜，一控制系統根據該探測器上的該繞射光譜計算得到該被測物件的疊對誤差；其中在測量光從該測量光調整元件出射穿透該測量分光鏡後的光路上設置一監測光元件，則測量光依次藉由該測量光調整元件、該測量分光鏡後入射至該監測光元件，並被該監測光元件反射或繞射，由此產生的反射光或者繞射光的至少一部分藉由該測量分光鏡，並由該測量分光鏡反射至該探測器，將從該被測物件上反射和繞射測量光形成的測量光訊號與從該監測光元件上反射或繞射測量光形成的監測光訊號作歸一化處理，用於消除光強波動對測量迭對誤差的干擾。
17. 如申請專利範圍第16項所述之測量疊對誤差的方法，其包括以下步驟：步驟一：計算該探測器顯示的該繞射光譜上每個圖元點的靈敏度，設定靈敏度的閾值，將該繞射光譜上靈敏度小於閾值的圖元點濾除； 步驟二：生成表徵測量光的正級繞射光光強與負級繞射光光強之差與步進單位疊對誤差值之間的關係圖；步驟三：根據步驟二得到的正級繞射光光強與負級繞射光光強之差與步進單位疊對誤差值之間的關係圖進行反覆運算遞迴，每次反覆運算產生中間圖像，當反覆運算計算得到對稱的中間圖像，則完成反覆運算，則反覆運算形成的總步長即為該疊對測量標記的疊對誤差。
18. 如申請專利範圍第17項所述之測量疊對誤差的方法，其中在該被測物件上製作兩個排列成行的該疊對測量標記，分別為一第一疊對測量標記和一第二疊對測量標記，該第一疊對測量標記設定該第一疊對測量標記所在的圖案化光阻與上層圖案化光阻的疊對誤差為0，該第二疊對測量標記設定上層的圖案化光阻與該第二疊對測量標記所在的圖案化光阻的偏移量為△。
19. 如申請專利範圍第18項所述之測量疊對誤差的方法，其中步驟一中計算該探測器顯示的該繞射光譜上每個圖元點的靈敏度的方法為，其中Left_Intensity為照射在該第一疊對測量標記上的光強，Right_Intensity為照射在該第二疊對測量標記上的光強。
20. 如申請專利範圍第19項所述之測量疊對誤差的方法，其中步驟二中的生成表徵測量光的正級繞射光光強與負級繞射光光強之差與步進單位疊對誤差值之間的關係圖時，依據的公式為： ，其中OV_step_map為運行一個步進單位疊對誤差OV_step時所對應的該探測器接收到的光強變化量在該控制系統上的圖像。
21. 如申請專利範圍第20項所述之測量疊對誤差的方法，其中步驟三中每次反覆運算產生的中間圖像所對應的中間圖像值pad_ov=Left_Intensity-m*OV_step_map，其中m為反覆運算的迴圈次數，當pad_ov值為0時，m所對應的值為n，則該疊對測量標記的疊對誤差OV_value=n×OV_step。