本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種套刻測量裝置。

背景技術(shù)：

光刻是集成電路制作的主要工藝，光刻工藝的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)掩膜版上的圖形向硅片上的光刻膠層的轉(zhuǎn)移。

現(xiàn)有的光刻工藝一般是通過光刻裝置進(jìn)行，現(xiàn)有的光刻裝置一般包括：晶圓載物臺，用于裝載晶圓；掩膜版載物臺，位于晶圓載物臺上方，用于裝載掩膜版；光源，位于掩膜版載物臺上方，用于提供曝光光線；光學(xué)投影單元，位于掩膜版載物臺和晶圓載物臺之間，用于將透過掩膜版的光投射到晶圓上。

在進(jìn)行曝光工藝需要進(jìn)行套刻(overlay)測量，判斷當(dāng)前層與前層是否對準(zhǔn)，以保證當(dāng)前層形成的圖形與前層形成的圖形的對準(zhǔn)。

現(xiàn)有的套刻測量包括基于圖形的套刻測量技術(shù)(image-based overlay，IBO)和基于衍射的套刻測量技術(shù)(diffraction-based overlay，DBO)。由于明場探測容易受到硅片襯底上各種缺陷的影響(例如襯底上的粗糙背景、套刻記號在化學(xué)機(jī)械平坦化工藝下的變形等)，基于圖形的套刻測量技術(shù)(IBO)已不能滿足新的工藝節(jié)點(diǎn)對套刻測量的要求，基于衍射的套刻測量技術(shù)(DBO)正逐步成為套刻測量的主要手段。

基于衍射的套刻測量技術(shù)(DBO)通過測量套刻標(biāo)記衍射光角分辨率中正負(fù)衍射級間光強(qiáng)的非對稱性得到套刻誤差。

雖然基于衍射的套刻測量技術(shù)(DBO)可以判斷套刻測量是否存在偏移，但是難以獲得套刻偏移的具體值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提高套刻測量的精度。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種套刻測量裝置，包括：

照明單元，適于產(chǎn)生照射光，對晶圓上形成的第一套刻標(biāo)記進(jìn)行照明，第第一套刻標(biāo)記在被照亮?xí)r產(chǎn)生反射光；

第一測量單元，適于接收第一套刻標(biāo)記產(chǎn)生的反射光，使接收的反射光產(chǎn)生橫向偏移剪切干涉形成干涉光，并接收干涉光成第一圖像，并根據(jù)第一圖像判斷套刻是否存在偏移，以及獲得套刻的偏移量。

可選的，所述套刻測量裝置還包括第二測量單元和第三測量單元，所述晶圓上形成有第二套刻標(biāo)記和第三套刻標(biāo)記，照明單元對第二套刻標(biāo)記進(jìn)行照明，第二套刻標(biāo)記產(chǎn)生反射光，所述第二測量單元適于接收第二套刻標(biāo)記產(chǎn)生的反射光并成第二圖像，并根據(jù)第二圖像判斷套刻是否存在偏移，所述照明單元對第三套刻標(biāo)記，所述第三套刻標(biāo)記產(chǎn)生正負(fù)衍射光，所述第三測量單元接收第三套刻標(biāo)記產(chǎn)生的正負(fù)衍射光呈第三圖像，并根據(jù)第三圖像判斷套刻是否存在偏移。

可選的，還包括：第一光軸和與第一光軸垂直相交的第二光軸，位于第一光軸上的第一分束板，所述第一分束板具有第一表面和與第一表面相對的第二表面，位于第一光軸和第二光軸交點(diǎn)處的第二分束板，所述第二分束板具有第三表面和與第三表面相對的第四表面，第一分束板與第一光軸的角度為45度，所述第二分束板和第一分束板延長線的夾角為90度，且第二分束板的第三表面與第一分束板的第二表面相對。

可選的，所述第二測量單元位于第二分束板第四表面一側(cè)的第一光軸上，部分反射光穿過第一分束板和第二分束板后被第二測量單元接收。

可選的，所述第二測量單元包括第二成像透鏡和基于圖像的成像單元，所述第二成像透鏡位于第二分束板的第四表面一側(cè)的第一光軸上，所述基于圖像的成像單元位于第二成像透鏡的遠(yuǎn)離第二分束板一側(cè)的第一光軸上，所述第二成像透鏡將透過第二分束板后的部分反射光聚焦在基于圖像的成像單元，基于圖像的成像單元接收經(jīng)第二成像透鏡匯聚后的反射光成第二圖像，并根據(jù)第二圖像判斷套刻是否存在偏移。

可選的，所述第三測量單元位于第二分束板的第三表面一側(cè)的第二光軸 上，部分正負(fù)衍射光穿過第一分束板后，在第二分束板的第三表面反射后被第三測量單元接收。

可選的，所述第三測量單元和第二分束板之間的第二光軸上還具有接力透鏡單元，所述接力透鏡單元包括第一接力透鏡和第二接力透鏡，第一接力透鏡與第二分束板的距離小于第二接力透鏡與第二分束板的距離，且第一接力透鏡和第二接力透鏡具有共同的焦點(diǎn)。

可選的，所述第三測量單元包括第三成像透鏡和基于衍射的成像單元，所述第三成像透鏡位于接力透鏡單元的遠(yuǎn)離第二分束板一側(cè)的第二光軸上，所述基于衍射的成像單元位于第三成像透鏡遠(yuǎn)離第二分束板一側(cè)的第二光軸上，所述第三成像透鏡將經(jīng)過接力透鏡單元輸出的正負(fù)衍射光聚焦在基于衍射的成像單元上，基于衍射的成像單元接收經(jīng)第三成像透鏡匯聚后的部分正負(fù)衍射光成第三圖像，并根據(jù)第三圖像判斷套刻是否存在偏移。

可選的，所述第一測量單元位于接力透鏡單元和第三測量單元之間，所述第一測量單元包括透明分束板和干涉儀成像單元，所述透明分束板位于接力透鏡單元和第三測量單元之間的第二光軸上，所述透明分束板包括第五表面和與第五表面相對的第六表面，所述透明分束板的第五表面與第二分束板的第三表面相對，所述透明分束板與第二分束板延長線的夾角為90°，所述干涉儀成像單元位于透明分束板的第五表面下方。

可選的，所述第一測量單元還包括第三驅(qū)動單元，所述第三驅(qū)動單元與干涉儀成像單元連接，適于驅(qū)動所述干涉儀成像單元遠(yuǎn)離或者靠近所述透明分束板的第五表面。

可選的，所述透明分束板的第五表面和第六表面之間具有楔角。

可選的，所述經(jīng)過接力透鏡輸出的部分反射光在透明分束板的第五表面和第六表面反射，第五表面和第六表面反射的兩反射光產(chǎn)生橫向剪切干涉后被干涉儀成像單元接收成第一圖像，并根據(jù)第一圖像判斷套刻是否存在偏移，以及獲得套刻的偏移量。

可選的，還包括：第三光軸和第一成像透鏡，所述第三光軸與第一光軸垂直相交，第一分束板位于第一光軸和第三光軸的交點(diǎn)處，所述照明單元位 于第一分束板的第一表面的一側(cè)的第三光軸上，所述第一成像單元位于第一分束板的第一表面下方的第一光軸上，照明單元產(chǎn)生的照射光被第一分束板的第一表面反射后經(jīng)過第一成像透鏡后照亮套刻標(biāo)記。

可選的，所述照明單元包括依次位于第三光軸上的光源、擴(kuò)束透鏡、第一光闌和第一聚光透鏡，所述光源適于產(chǎn)生點(diǎn)光源，所述擴(kuò)束透鏡適于將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)為平行光，所述第一光闌適于限制光束，所述第一聚光透鏡適于將經(jīng)過第一光闌后的光轉(zhuǎn)化為平行光。

可選的，所述照明單元還包括第二驅(qū)動單元、第二光闌和第二聚光透鏡，所述第二光闌位于第一聚光透鏡和第一分束板之間，所述第二聚光透鏡位于第二光闌和第一分束板之間，所述第二光闌適于限制經(jīng)過第一聚光透鏡后的光束大小，所述第二聚光透鏡適于將經(jīng)過第二光闌后的光匯聚在第一分束板的第一表面后聚焦在第一成像透鏡的后焦面上，所述第二驅(qū)動單元與第二光闌相連接，適于驅(qū)動所述第二光闌沿與第三光軸垂直的方向移動，以改變經(jīng)過第二光闌后的光的入射方向。

可選的，所述第一套刻標(biāo)記為光柵式的套刻標(biāo)記，所述第一套刻標(biāo)記包括位于下層介質(zhì)層中的第一光柵和位于上層介質(zhì)層中的第二光柵，上層介質(zhì)層位于下層介質(zhì)層上，所述第二光柵位于第一光柵的斜上方。

可選的，第一測量單元成的第一圖像包括第一橫向剪切干涉條紋和第二橫向剪切干涉條紋，所述第一測量單元判斷套刻是否存在偏移的過程為：照明單元先后分別對第一套刻標(biāo)記中的第一光柵和第二光柵進(jìn)行照明，所述第一測量單元接收第一光柵產(chǎn)生的部分第一反射光，使接收的第一反射光產(chǎn)生橫向偏移剪切干涉形成第一橫向剪切干涉條紋，所述第一測量單元接收第二光柵產(chǎn)生的部分第二反射光，使接收的第二反射光產(chǎn)生橫向偏移剪切干涉形成第二橫向剪切干涉條紋，第一測量單元通過第一橫向剪切干涉條紋獲得第一光柵相對于第一光軸的第一偏移量，所述第一測量單元通過第二橫向剪切干涉條紋獲得第二光柵相對于第一光軸的第二偏移量，第一測量單元通過第一偏移量和第二偏移量的差值的絕對值判斷是否存在套刻偏移以及套刻偏移量的大小。

可選的，所述第一光柵包括若干平行的第一光柵條，所述第二光柵包括若干平行的第二光柵條，第一光柵條和第二光柵條的排布方向相同。

可選的，所述第二套刻標(biāo)記與第一套刻標(biāo)記的結(jié)構(gòu)相同或不同，所述第三套刻標(biāo)記與第一套刻標(biāo)記的結(jié)構(gòu)相同或不相同，所述第二套刻標(biāo)記與第一套刻標(biāo)記的結(jié)構(gòu)相同時，第二測量單元成的第二圖像為第一光柵實(shí)像和第二光柵實(shí)像，所述第二測量單元判斷套刻是否存在偏移的過程為：第二測量單元通過測量第一光柵實(shí)像的中心位置和第二光柵實(shí)像的中心位置的位置差異判斷套刻是否存在偏移。

可選的，所述第三套刻標(biāo)記包括位于下層介質(zhì)層中的第三光柵和位于上層介質(zhì)層中的第四光柵，所述上層介質(zhì)層位于下層介質(zhì)層表面上，所述第四光柵位于第三光柵的正上方，第三光柵包括若干平行排布的第三光柵條，第四光柵包括若干平行排布的第四光柵條，每個第四光柵條位于對應(yīng)的第三光柵條正上方，且第四光柵條的寬度小于第三光柵條的寬度，在進(jìn)行套刻測量時，照明單元同時照明由第三光柵和第四光柵組成的第三套刻標(biāo)記，第三測量單元接收由第三套刻標(biāo)記發(fā)出的正負(fù)衍射光，第三測量單元根據(jù)正負(fù)衍射光的強(qiáng)弱差異判斷套刻是否存在差異。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的套刻測量裝置中包括第一測量單元，第一測量單元適于接收第一套刻標(biāo)記產(chǎn)生的反射光，使接收的反射光產(chǎn)生橫向偏移剪切干涉形成干涉光，并接收干涉光成第一圖像，并根據(jù)第一圖像判斷套刻是否存在偏移，以及獲得套刻的偏移量，不僅可以判斷套刻是否有偏移，而且可以獲得套刻的偏移量。通過橫向剪切的原理，建立套刻偏移量與橫向剪切后的光強(qiáng)、第一套刻標(biāo)記中的光柵縫數(shù)和光柵周期，以及與照明光的波長，第一成像透鏡的焦距，剪切量之間的聯(lián)系，由于第一套刻標(biāo)記中的光柵縫數(shù)和光柵周期，以及照明光的波長，第一成像透鏡的焦距，剪切量都是已知的，第一測量單元進(jìn)行第一套刻標(biāo)記的檢測時，只需要獲得橫向剪切后的光強(qiáng)大小即可以獲得套刻的偏移量，從而可以精確的判斷套刻是否發(fā)生偏移以及套刻偏移量的大小。

進(jìn)一步，本發(fā)明的套刻測量裝置中還包括第二測量單元和第三測量單元，可以通過不同的方式對相應(yīng)的第二套刻標(biāo)記和第三套刻標(biāo)記進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)了對不同類型的套刻標(biāo)記的檢測，增大了套刻測量裝置的應(yīng)用場合。

進(jìn)一步，所述第一套刻標(biāo)記為光柵式的套刻標(biāo)記，所述第一套刻標(biāo)記包括位于下層介質(zhì)層中的第一光柵和位于上層介質(zhì)層中的第二光柵，上層介質(zhì)層位于下層介質(zhì)層上，所述第二光柵位于第一光柵的斜上方，第一測量單元通過分別測量第一光柵和第二光柵對應(yīng)的光強(qiáng)可以獲得第一光柵相對于第一光軸的第一偏移量和第二光柵相對于第二光軸的第二偏移量，第一測量單元通過第一偏移量和第二偏移量的差值的絕對值判斷是否存在套刻偏移以及套刻偏移量的大小。

進(jìn)一步，所述第三套刻標(biāo)記包括位于下層介質(zhì)層中的第三光柵和位于上層介質(zhì)層中的第四光柵，所述上層介質(zhì)層位于下層介質(zhì)層表面上，所述第四光柵位于第三光柵的正上方，第三光柵包括若干平行排布的第三光柵條，第四光柵包括若干平行排布的第四光柵條，每個第四光柵條位于對應(yīng)的第三光柵條正上方，且第四光柵條的寬度小于第三光柵條的寬度，第三測量單元判斷套刻是否存在偏移的過程為：照明單元照明由第三光柵和第四光柵組成的第三套刻標(biāo)記，第三測量單元接收由第三套刻標(biāo)記發(fā)出的正負(fù)衍射光，第三測量單元根據(jù)正負(fù)衍射光的強(qiáng)弱差異判斷套刻是否存在差異。

進(jìn)一步，所述照明單元還包括第二驅(qū)動單元、第二光闌和第二聚光透鏡，所述第二光闌位于第一聚光透鏡和第一分束板之間，所述第二聚光透鏡位于第二光闌和第一分束板之間，所述第二光闌適于限制經(jīng)過第一聚光透鏡后的光束大小，所述第二聚光透鏡適于將經(jīng)過第二光闌后的光匯聚在第一分束板的第一表面后聚焦在第一成像透鏡的后焦面上，所述第二驅(qū)動單元與第二光闌相連接，適于驅(qū)動所述第二光闌移動，以改變經(jīng)過第二光闌后的光的入射方向，所述光源、第一光闌、擴(kuò)束透鏡和第一聚光透鏡和第二聚光透鏡固定不動，所述第二光闌在第二驅(qū)動單元的作用下可以沿與第一光軸平行的方向上下移動，在進(jìn)行第一套刻標(biāo)記或第三套刻標(biāo)記測量時，通過第二光闌的移動，照明單元可以先后對第一套刻標(biāo)記或第三套刻標(biāo)記中的第一光柵和第二光柵進(jìn)行照明，而不需要移動晶圓，減小了晶圓移動帶來的測量誤差。

進(jìn)一步，所述第一測量單元還包括第三驅(qū)動單元，所述第三驅(qū)動單元與干涉儀成像單元連接，適于驅(qū)動所述干涉儀成像單元遠(yuǎn)離或者靠近所述透明分束板的第五表面，在進(jìn)行第一套刻標(biāo)記的測量時，干涉儀成像單元可以位于不同的測量高度，因而可以獲得不同測量高度下對應(yīng)的光強(qiáng)，通過簡單的計(jì)算可以更精確的獲得第一套刻標(biāo)記中的第一光柵相對于第一光軸的第一偏移量以及第二光柵相對于第一光軸的第二偏移量。

附圖說明

圖1～圖2為本發(fā)明一實(shí)施例套刻測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3～圖10為本發(fā)明實(shí)施例套刻標(biāo)記的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11～圖13為本發(fā)明實(shí)施例第一測量單元測量過程示意圖。

具體實(shí)施方式

如背景技術(shù)所言，隨著工藝節(jié)點(diǎn)的不斷減小，雖然基于衍射的套刻測量技術(shù)(DBO)可以判斷套刻測量是否存在偏移，但是難以獲得套刻偏移的具體值。

為此，本發(fā)明提供了一種套刻測量裝置，套刻測量裝置中包括第一測量單元，第一測量單元能夠接收套刻標(biāo)記產(chǎn)生的部分反射光，使接收的反射光產(chǎn)生橫向偏移剪切干涉形成干涉光，并接收干涉光成第一圖像，并根據(jù)第一圖像判斷套刻是否存在偏移，以及獲得套刻的偏移量，本發(fā)明的裝置不僅可以判斷套刻是否有偏移，而且還可以精確的獲得套刻的偏移量。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施作做詳細(xì)的說明。在詳述本發(fā)明實(shí)施例時，為便于說明，示意圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例套刻測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3～圖10為本發(fā)明實(shí)施例套刻標(biāo)記的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11～圖13為本發(fā)明實(shí)施例第一測量單元測量過程示意圖。

請參考圖1，套刻測量裝置，包括：

照明單元218，適于產(chǎn)生照射光，對晶圓210上形成的第一套刻標(biāo)記213a、第二套刻標(biāo)記213b和第三套刻標(biāo)記213c進(jìn)行照明，第一套刻標(biāo)記213a和第二套刻標(biāo)記213b在被照明時產(chǎn)生反射光、第三套刻標(biāo)記213c被照亮?xí)r產(chǎn)生正負(fù)衍射光；

第一測量單元221，適于接收第一套刻標(biāo)記213a產(chǎn)生的反射光，使接收的反射光產(chǎn)生橫向偏移剪切干涉形成干涉光，并接收干涉光成第一圖像，并根據(jù)第一圖像判斷套刻是否存在偏移，以及獲得套刻的偏移量；

第二測量單元203，適于接收第二套刻標(biāo)記213b產(chǎn)生的反射光并成第二圖像，并根據(jù)第二圖像判斷套刻是否存在偏移；

第三測量單元209，適于接收第三套刻標(biāo)記213c產(chǎn)生的正負(fù)衍射光呈第三圖像，并根據(jù)第三圖像判斷套刻是否存在偏移；

具體的，還包括：第一光軸31和與第一光軸31垂直相交的第二光軸32，位于第一光軸31上的第一分束板224，所述第一分束板224具有第一表面和與第一表面相對的第二表面，位于第一光軸31和第二光軸32交點(diǎn)處的第二分束板225，所述第二分束板225具有第三表面和與第三表面相對的第四表面，第一分束板224與第一光軸31的角度為45度，所述第二分束板225和第一分束板延長線的夾角為90度，且第一分束板224位于第二分束板225的遠(yuǎn)離第二測量單元203一側(cè)的第一光軸31上，第二分束板225的第三表面與第一分束板224的第二表面相對。

所述第一分束板224和第二分束板225適于在光路上改變光的傳輸方向。部分光束可以透過所述第一分束板224和第二分束板225后繼續(xù)傳輸，部分光束可以在第一分束板224和第二分束板225表面反射后繼續(xù)傳輸。

所述第二測量單元203位于第二分束板225的第四表面一側(cè)的第一光軸31上，部分反射光穿過第一分束板224和第二分束板225后被第二測量單元203接收。

所述第二測量單元203包括第二成像透鏡202和基于圖像的成像單元201，所述第二成像透鏡202位于第二分束板225的第四表面一側(cè)的第一光軸 31上，所述基于圖像的成像單元201位于第二成像透鏡202的遠(yuǎn)離第二分束板225一側(cè)的第一光軸31上，所述第二成像透鏡202將透過第二分束板225后的部分反射光聚焦在基于圖像的成像單元201，基于圖像的成像單元201接收經(jīng)第二成像透鏡202匯聚后的反射光成第二圖像，并根據(jù)第二圖像判斷套刻是否存在偏移。

在進(jìn)行第二套刻標(biāo)記的測量時，基于圖像的成像單元201接收第二套刻標(biāo)記產(chǎn)生的反射光直接成像，即第二套刻標(biāo)記成實(shí)像在基于圖像的成像單元201上?；趫D像的成像單元201包括CMOS或CCD圖像傳感器。關(guān)于第二套刻標(biāo)記的結(jié)構(gòu)后續(xù)做詳細(xì)介紹。

所述第三測量單元209位于第二分束板225第三表面一側(cè)的第二光軸32上，在進(jìn)行套刻的測量時，第三套刻標(biāo)記213c產(chǎn)生的部分正負(fù)衍射光穿過第一分束板224后，在第二分束板225的第三表面反射后被第三測量單元209接收。

所述第三測量單元209和第二分束板225之間的第二光軸上還具有接力透鏡單元206，所述接力透鏡單元206包括第一接力透鏡204和第二接力透鏡205，第一接力透鏡204與第二分束板225的距離小于第二接力透鏡205與第二分束板225的距離，且第一接力透鏡204和第二接力透鏡205具有共同的焦點(diǎn)。

所述第三測量單元209包括第三成像透鏡207和基于衍射的成像單元208，所述第三成像透鏡207位于接力透鏡單元206的遠(yuǎn)離第二分束板225一側(cè)的第二光軸32上，所述基于衍射的成像單元209位于第三成像透鏡207遠(yuǎn)離第二分束板225一側(cè)的第二光軸32上，所述第三成像透鏡207將經(jīng)過接力透鏡單元206輸出的部分正負(fù)衍射光(第三套刻標(biāo)記產(chǎn)生的)聚焦在基于衍射的成像單元208上，基于衍射的成像單元208接收經(jīng)第三成像透鏡207匯聚后的部分反射光成第三圖像，并根據(jù)第三圖像判斷套刻是否存在偏移。關(guān)于第三套刻標(biāo)記的結(jié)構(gòu)后續(xù)做詳細(xì)介紹。

所述第一測量單元221位于接力透鏡單元206和第三測量單元209之間，所述第一測量單元221包括透明分束板219和干涉儀成像單元220，所述透明 分束板219位于接力透鏡單元206和第三測量單元209之間的第二光軸32上，所述透明分束板219包括第五表面和與第五表面相對的第六表面，所述透明分束板219的第五表面與第二分束板225的第三表面相對，透明分束板219與第二光軸的夾角為45°，所述透明分束板219與第二分束板225延長線的夾角為90°，所述干涉儀成像單元220位于透明分束板219的第五表面下方。

經(jīng)過接力透鏡單元206輸出的部分反射光(第一套刻標(biāo)記產(chǎn)生的)在透明分束板219的第五表面和第六表面反射，第五表面和第六表面反射的兩反射光產(chǎn)生干涉后被干涉儀成像單元220接收成第一圖像，并根據(jù)第一圖像判斷套刻是否存在偏移，以及獲得套刻的偏移量。關(guān)于第一套刻標(biāo)記的結(jié)構(gòu)后續(xù)做詳細(xì)介紹。

所述透明分束板219為具有楔角的透明分束板，即所述透明分束板219的第五表面和第六表面之間具有楔角，在進(jìn)行測量時，套刻標(biāo)記反射的光經(jīng)過第二分束板225和接力透鏡單元206傳輸后，在具有楔角的透明分束板219的第五表面和第六表面上反射，分為兩個振幅相同并且在空間上平移一段距離的兩部分光波，所述兩部分光波再疊加起來(或者產(chǎn)生干涉)后被干涉儀成像單元220接收。在一實(shí)施例中，所述楔角的大小范圍為1°～5°，具體可以為2°。

還包括：第三光軸33和第一成像透鏡226，所述第三光軸33與第一光軸31垂直相交，第一分束板224位于第一光軸31和第三光軸33的交點(diǎn)處，所述照明單元218位于第一分束板224的第一表面的一側(cè)的第三光軸33上，所述第一成像透鏡226位于第一分束板224的第一表面下方的第一光軸31上，照明單元218產(chǎn)生的照射光被第一分束板224的第一表面反射后經(jīng)過第一成像透鏡226匯聚后照亮第二套刻標(biāo)記213b、第三套刻標(biāo)記213c或第一套刻標(biāo)記213a。

所述照明單元218包括依次位于第三光軸33上的光源214、擴(kuò)束透鏡215、第一光闌216和第一聚光透鏡217，所述光源214適于產(chǎn)生點(diǎn)光源，所述擴(kuò)束透鏡215適于將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)為平行光，所述第一光闌216適于限制光束，所述第一聚光透鏡217適于將經(jīng)過第一光闌216后的光轉(zhuǎn)化為平行光。

所述照明單元218還包括第二驅(qū)動單元(圖中未示出)、第二光闌230和第二聚光透鏡231，所述第二光闌230位于第一聚光透鏡217和第一分束板224之間，所述第二聚光透鏡231位于第二光闌230和第一分束板224之間，所述第二光闌230適于限制經(jīng)過第一聚光透鏡217后的光束大小，所述第二聚光透鏡231適于將經(jīng)過第二光闌230后的光匯聚在第一分束板224的第一表面后聚焦在第一成像透鏡226的后焦面34上，所述第二驅(qū)動單元與第二光闌230相連接，適于驅(qū)動所述第二光闌230沿與第三光軸33垂直的方向移動，以改變經(jīng)過第二光闌230后的光的入射方向。

在一實(shí)施例中，所述第二光闌230包括遮擋層和位于遮擋層中的方孔232，經(jīng)過第一聚光透鏡217后的光束被第二光闌230限制，只能通過第二光闌230的方孔232繼續(xù)傳輸，第二光闌230在第二驅(qū)動單元的作用下可以處于不同的位置，從而使得透過第二光闌230入射到第二聚光透鏡231表面的光束位置發(fā)生改變，經(jīng)過第二聚光透鏡231匯聚后入射到第一分束板224第一表面上的光束的入射角度發(fā)生改變，使得經(jīng)過第一分束板224第一表面反射后的光束可以對晶圓上不同區(qū)域進(jìn)行照明。

在一具體實(shí)施例中，所述第二光闌230在第二驅(qū)動單元的作用下可以沿垂直于第三光軸33的方向移動，通過移動第二光闌230，在進(jìn)行第一套刻標(biāo)記的測量時，使得照明單元218產(chǎn)生的照明光可以分別對第一套刻標(biāo)記中的第一光柵和第二光柵進(jìn)行照明，第一光柵和第二光柵產(chǎn)生反射光產(chǎn)生橫向偏移剪切后分先后被第一測量單元接收，第一測量單元通過分別測量第一光柵和第二光柵產(chǎn)生的反射光對應(yīng)的橫向剪切干涉后的光強(qiáng)，分別獲得第一套刻標(biāo)記中的第一光柵相對于第一光軸的第一偏移量，以及第一套刻標(biāo)記中的第二光柵相對于第一光軸的第二偏移量，通過第一偏移量和第二偏移量的差異，判讀套刻是否存在偏移以及套刻偏移量的大小，因而在套刻測量過程中晶圓無需移動，減少了晶圓移動帶來的誤差，從而提高了套刻測量的精度。

在一實(shí)施例中，請參考圖2，所述第一聚光透鏡217的第一焦距為f1，所述第二聚光透鏡231的第二焦距為f2，所述第一成像透鏡226具有第三焦距f3，所述第一光闌216與第一聚光透鏡217的距離為f1，第二光闌230與第一聚光透鏡217的距離為f1，第二光闌230與第二聚光透鏡231的距離為f2， 所述第二聚光透鏡231與第一分束板224的距離以及第一分束板224到第一成像透鏡226的后焦面34的距離之和為f2，第一套刻標(biāo)記中第一光柵或第二光柵的邊長為d，為例方便示意，圖中用虛線框表示第一光柵或第二光柵占據(jù)的面積大小，本實(shí)施例中，第二光闌230的方孔232的邊長(用L表示)，在套刻的測量過程中，為了實(shí)現(xiàn)照明單元分別對第一光柵和第二光柵的照明，第二光闌230的方孔232的邊長L需要滿足下面的公式：

L＝(d+n)*(f2/f3)，其中n為2～5微米。

請繼續(xù)參考圖1，所述套刻測量裝置還包括光瞳平面或傅里葉平面34，光瞳平面或傅里葉平面34位于第一分束板224和第一成像透鏡226之間，光瞳平面或傅里葉平面34為虛擬的平面，光瞳平面或傅里葉平面34對應(yīng)于第一成像透鏡226的后焦面，第三套刻標(biāo)記213c反射的光在光瞳平面或傅里葉平面34分為多個衍射級，比如包括0級、對稱分布在0級左右的+1級和-1級等，第三測量單元209接收+1級、0級、-1級衍射光(或者稱之為正負(fù)衍射光)呈第三圖像，本實(shí)施例中，圖1中37表示+1級衍射光，36表示0級衍射光，37表示+1級衍射光作為示例。在其他實(shí)施例中，所述衍射級的數(shù)量可以更多。

所述晶圓210上具有第二套刻標(biāo)記213b、第三套刻標(biāo)記213c和第一套刻標(biāo)記213a，第二套刻標(biāo)記213b、第三套刻標(biāo)記213c和第一套刻標(biāo)記213a位于晶圓210的不同位置。在實(shí)際的制作工藝中，根據(jù)需要，可以在晶圓210上形成第二套刻標(biāo)記213b、第三套刻標(biāo)記213c和第一套刻標(biāo)記213a中的一個或多個(≥2個)，套刻測量裝置可以分別對晶圓210上形成的第二套刻標(biāo)記213b、第三套刻標(biāo)記213c和第一套刻標(biāo)記213a進(jìn)行測量獲得對應(yīng)的套刻精度和套刻偏移，套刻測量的順序不做限定。

本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述套刻測量裝置中可以不集成第二測量單元和第三測量單元，該套刻測量裝置中僅包括第一測量單元，具體的所述套刻測量裝置，包括：照明單元，適于產(chǎn)生照射光，對晶圓上形成的第一套刻標(biāo)記進(jìn)行照明，第第一套刻標(biāo)記在被照亮?xí)r產(chǎn)生反射光；第一測量單元，適于接收第一套刻標(biāo)記產(chǎn)生的反射光，使接收的反射光產(chǎn)生橫向偏移剪切干涉形成干涉光，并接收干涉光成第一圖像，并根據(jù)第一圖像判斷套刻是否存在偏移， 以及獲得套刻的偏移量。

所述套刻測量裝置還包括：第一光軸和與第一光軸垂直相交的第二光軸，位于第一光軸上的第一分束板，所述第一分束板具有第一表面和與第一表面相對的第二表面，位于第一光軸和第二光軸交點(diǎn)處的第二分束板，所述第二分束板具有第三表面和與第三表面相對的第四表面，第一分束板與第一光軸的角度為45度，所述第二分束板和第一分束板延長線的夾角為90度，且第二分束板的第三表面與第一分束板的第二表面相對。

所述第二分束板的第三表面一側(cè)的第二光軸上還具有接力透鏡單元，所述接力透鏡單元包括第一接力透鏡和第二接力透鏡，第一接力透鏡與第二分束板的距離小于第二接力透鏡與第二分束板的距離，且第一接力透鏡和第二接力透鏡具有共同的焦點(diǎn)。

所述第一測量單元位于接力透鏡單元的遠(yuǎn)離第二分束板一側(cè)的第二光軸上，所述第一測量單元包括透明分束板和干涉儀成像單元，所述透明分束板位于接力透鏡單元和第三測量單元之間的第二光軸上，所述透明分束板包括第五表面和與第五表面相對的第六表面，所述透明分束板的第五表面與第二分束板的第三表面相對，所述透明分束板與第二分束板延長線的夾角為90°，所述干涉儀成像單元位于透明分束板的第五表面下方。

所述第一測量單元還包括第三驅(qū)動單元，所述第三驅(qū)動單元與干涉儀成像單元連接，適于驅(qū)動所述干涉儀成像單元遠(yuǎn)離或者靠近所述透明分束板的第五表面。

還包括：第三光軸和第一成像透鏡，所述第三光軸與第一光軸垂直相交，第一分束板位于第一光軸和第三光軸的交點(diǎn)處，所述照明單元位于第一分束板的第一表面的一側(cè)的第三光軸上，所述第一成像單元位于第一分束板的第一表面下方的第一光軸上，照明單元產(chǎn)生的照射光被第一分束板的第一表面反射后經(jīng)過第一成像透鏡后照亮套刻標(biāo)記。

所述照明單元包括依次位于第三光軸上的光源、擴(kuò)束透鏡、第一光闌和第一聚光透鏡，所述光源適于產(chǎn)生點(diǎn)光源，所述擴(kuò)束透鏡適于將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)為平行光，所述第一光闌適于限制光束，所述第一聚光透鏡適于將經(jīng)過第一光 闌后的光轉(zhuǎn)化為平行光。

所述照明單元還包括第二驅(qū)動單元、第二光闌和第二聚光透鏡，所述第二光闌位于第一聚光透鏡和第一分束板之間，所述第二聚光透鏡位于第二光闌和第一分束板之間，所述第二光闌適于限制經(jīng)過第一聚光透鏡后的光束大小，所述第二聚光透鏡適于將經(jīng)過第二光闌后的光匯聚在第一分束板的第一表面后聚焦在第一成像透鏡的后焦面上，所述第二驅(qū)動單元與第二光闌相連接，適于驅(qū)動所述第二光闌沿與第三光軸垂直的方向移動，以改變經(jīng)過第二光闌后的光的入射方向。

所述透明分束板的第五表面和第六表面之間具有楔角，在進(jìn)行套刻測量時，照明單元對第一套刻標(biāo)記進(jìn)行照明，第一套刻標(biāo)記產(chǎn)生的反射光穿過第一成像透鏡和第一分束板后，在第二分束板的第三表面反射后，經(jīng)過接力透鏡輸出并在透明分束板的第五表面和第六表面反射，第五表面和第六表面反射的兩反射光產(chǎn)生橫向剪切干涉后被干涉儀成像單元接收成第一圖像，并根據(jù)第一圖像判斷套刻是否存在偏移，以及獲得套刻的偏移量。

圖3～圖6為本發(fā)明實(shí)施例第一套刻標(biāo)記的結(jié)構(gòu)示意圖。

請結(jié)合參考圖3、圖4、圖5和圖6，圖4為圖3沿切割線EF方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖5為圖3沿切割線AB方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為圖3沿切割線CD方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

所述第一套刻標(biāo)記213a為光柵式的套刻標(biāo)記。所述第一套刻標(biāo)記213a包括位于下層介質(zhì)層中的第一光柵212和位于上層介質(zhì)層中的第二光柵211，上層介質(zhì)層位于下層介質(zhì)層上，所述第二光柵212位于第一光柵211的斜上方。

在一實(shí)施例中，所述第一光柵211位于晶圓210上的第一介質(zhì)層24中，第二光柵212位于第一介質(zhì)層24上的第二介質(zhì)層25中。

所述第一光柵211包括若干平行的第一光柵條21，相鄰第一光柵條21之間具有光縫，所述第二光柵212包括若干平行的第二光柵條22，相鄰第二光柵條22之間具有光縫，第一光柵條21和第二光柵條22的數(shù)量和排布方向相同。

在一實(shí)施例中，第一套刻標(biāo)記213a的形成過程為：在晶圓210上形成第一介質(zhì)層24；在第一介質(zhì)層24中形成第一光柵211；形成覆蓋第一介質(zhì)層24和第一光柵211的第二介質(zhì)層25，在第二介質(zhì)層22中形成第二光柵212。

在進(jìn)行第一套刻標(biāo)記213a的測量時，將帶有第一套刻標(biāo)記213a的晶圓210置于套刻測量裝置載物臺上，進(jìn)行晶圓210位置的對準(zhǔn)，建立第一套刻標(biāo)記213a相對于晶圓210和載物臺的位置關(guān)系。在一實(shí)施例中，在進(jìn)行對準(zhǔn)時，套刻測量裝置的第一光軸31與第一套刻標(biāo)記213a中的第一光柵211(或第二光柵212)的中軸線是垂直相交的，以方便后續(xù)的測量。

第一測量單元221成的第一圖像包括第一橫向剪切干涉條紋和第二橫向剪切干涉條紋，所述第一測量單元221判斷套刻是否存在偏移的過程為：照明單元218先后分別對第一套刻標(biāo)記213a中的第一光柵211和第二光柵212進(jìn)行照明，所述第一測量單元221中的干涉儀成像單元220接收第一光柵211產(chǎn)生的部分第一反射光，使接收的第一反射光產(chǎn)生橫向偏移剪切干涉形成第一橫向剪切干涉條紋，所述第一測量單元221接收第二光柵212產(chǎn)生的部分第二反射光，使接收的第二反射光產(chǎn)生橫向偏移剪切干涉形成第二橫向剪切干涉條紋，第一測量單元221通過第一橫向剪切干涉條紋獲得第一偏移量，所述第一測量單元通過第二橫向剪切干涉條紋獲得第二偏移量，第一測量單元通過第一偏移量和第二偏移量的差值判斷是否存在套刻偏移以及套刻偏移量的大小。

在具體的測量過程中，照明單元218先后對第一套刻標(biāo)記213a中的第一光柵211和第二光柵212進(jìn)行照明分為兩種方式，一種為照明單元218先對第一套刻標(biāo)記213a中的第一光柵211進(jìn)行照明，然后再對第一套刻標(biāo)記213a中的第二光柵212進(jìn)行照明，另一種為照明單元218先對第一套刻標(biāo)記213a中的第二光柵212進(jìn)行照明，然后在對第一套刻標(biāo)記213a中的第一光柵211進(jìn)行照明。

具體的，以照明單元218先對第一光柵211進(jìn)行照明作為示例對測量過程進(jìn)行說明，照明單元218對第一套刻標(biāo)記213a中的第一光柵211進(jìn)行照明，第一光柵211產(chǎn)生第一反射光，第一反射光經(jīng)過第一成像透鏡226后變成平行的第一反射光，平行的第一反射光穿過第一分束板224后，在第二分束板 225的第三表面反射后，經(jīng)過接力透鏡單元206傳輸至透明分束板219，在透明分束板219的第五表面和第六表面反射后，形成第一橫向剪切干涉條紋，第一測量單元221中的干涉成像單元208檢測對應(yīng)的第一橫向剪切干涉條紋，并根據(jù)第一橫向剪切干涉條紋獲得第一光柵相對于第一光軸的第一偏移量；接著，照明單元218中的第二光闌移動，照明單元218發(fā)出的光對第一套刻標(biāo)記213a中的第二光柵212進(jìn)行照明，第二光柵212產(chǎn)生第二反射光，第二反射光經(jīng)過第一成像透鏡226后變成平行的第二反射光，平行的第二反射光穿過第一分束板224后，在第二分束板225的第三表面反射后，經(jīng)過接力透鏡單元206傳輸至透明分束板219，在透明分束板219的第五表面和第六表面反射后，形成第二橫向剪切干涉條紋，第一測量單元221中的干涉成像單元208檢測對應(yīng)的第二橫向剪切干涉條紋，并根據(jù)第二橫向剪切干涉條紋獲得第二光柵相對于第一光軸的第二偏移量，第一測量單元221通過第一偏移量和第二偏移量的差值的絕對值判斷是否存在套刻偏移以及套刻偏移量的大小。

在一實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝黄屏亢偷诙屏康牟钪档慕^對值≤1nm時，判斷套刻正常，當(dāng)?shù)谝黄屏亢偷诙屏康牟钪档慕^對值＞1nm時，判斷存在套刻偏移，第一偏移量和第二偏移量的差值的絕對值大小即為套刻偏移量的大小。需要說明的是，在其他實(shí)施例中，判斷套刻是都存在偏差可以采用其他的數(shù)值的差值絕對值作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。

下面結(jié)合圖11～圖13對本發(fā)明第一測量單元測量套刻是否存在偏移以及偏移量的大小的原理進(jìn)行詳細(xì)的說明。

請參考圖11，形成有第一套刻標(biāo)記213a的晶圓在套刻測量裝置中進(jìn)行對準(zhǔn)后，第一套刻標(biāo)記213a的水平位置位于圖11中第一成像透鏡226的焦平面上，當(dāng)?shù)谝惶卓虡?biāo)記213a相對于第一光軸31不存在偏移時(比如第一光軸31與第一套刻標(biāo)記中的第一光柵或第二光柵的中軸線垂直相交時)，照明單元218(參考圖1)對第一套刻標(biāo)記213a進(jìn)行照明時，第一套刻標(biāo)記213a中的光柵(包括第一光柵或第二光柵)發(fā)出的光線經(jīng)過第一成像透鏡226的匯聚，在第一成像透鏡226的后焦面(光瞳平面或傅里葉平面)34上變成平行光。位于第一光軸31上的光縫(如圖11中的A₀光縫)發(fā)出的光在第一成像透鏡226的后焦面上變成平行于第一光軸31的平行光，位于偏離第一光軸31的光 縫(如圖10中的A_-1和A₁光縫)發(fā)出的光，在第一成像透鏡226的后焦面上變成有一定傾斜角(傾斜角＝p₀/f，p₀表示第一光柵和第二光柵的光柵周期，f表示第一成像透鏡226的焦距)的平行光。

在一實(shí)施例中，以A₀光縫、A_-1光縫和A₁光縫發(fā)出的光作為示例進(jìn)行說明。

當(dāng)不存在偏移時，根據(jù)幾何光學(xué)，由A₀光縫、A_-1光縫和A₁光縫三條縫發(fā)出的光振幅為A₀、A_-1和A₁，請參考公式(1)、公式(2)和公式(3)：

A₀＝a₀ (1)

$A_{-1}=a_0\•e^{-i\left(\frac{2\mathrm{\πx}}{\mathrm{\λf}}{P}_0\right)}---\left(2\right)$

$A_1=a_0\•e^i\left(\frac{2\mathrm{\πx}}{\mathrm{\λf}}{P}_0\right)---\left(3\right)$

公式(1)、公式(2)和公式(3)中，a₀表示常數(shù)，f表示第一成像透鏡226的焦距，λ表示照明光的波長，p₀表示第一光柵或第二光柵的光柵周期，x表示光強(qiáng)或相位在后焦面(光瞳平面或傅里葉平面)34上的位置。

如果第一套刻標(biāo)記213a中的光柵(第一光柵或第二光柵)相對于第一光軸31在橫向位置有一定的偏移量(Δp)，如圖12所示，根據(jù)幾何光學(xué)，所有在第一成像透鏡226后焦面的光束都會有一個轉(zhuǎn)動Δp/f，這時，由A₀光縫、A_-1光縫和A₁光縫三條縫發(fā)出的光振幅為A₀、A_-1和A₁，請參考公式(4)、公式(5)和公式(6)：

$A_0=a_0\·e^{i\left(\frac{2\mathrm{\πx}}{\mathrm{\λf}}\mathrm{\Δp}\right)}---\left(4\right)$

$A_{-1}=a_0\·e^{-i\left(\frac{2\mathrm{\πx}}{\mathrm{\λf}}(p_0-\mathrm{\Δp})\right)}---\left(5\right)$

$A_1=a_0\·e^{i\left(\frac{2\mathrm{\πx}}{\mathrm{\λf}}(p_0+\mathrm{\Δp})\right)}---\left(6\right)$

上述只給出了三條光縫(A₀光縫、A_-1光縫和A₁光縫)的光振幅的計(jì)算公式，更加多的光縫公式請參考公式(7)和公式(8)：

$A_{-n}=a_0\·e^{-i\left(\frac{2\mathrm{\πx}}{\mathrm{\λf}}(n{p}_0-\mathrm{\Δp})\right)}---\left(7\right)$

$A_n=a_0\·e^{i\left(\frac{2\mathrm{\πx}}{\mathrm{\λf}}(n{p}_0+\mathrm{\Δp})\right)}---\left(8\right)$

其中，n表示第一光柵或第二光柵中的第n條光縫，n大于1。

第一光柵或第二光柵上所有的光縫產(chǎn)生的光在第一成像透鏡226的后焦面(光瞳平面或傅里葉平面)34上的光振幅分布請參考公式(9)：

$A=A_0+\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(A_{-n}+A_n)=a_0{e}^{i\left(\frac{2\mathrm{\πx}}{\mathrm{\λf}}\mathrm{\Δp}\right)}\·[1+\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}2\cos \left(\frac{2\mathrm{\πx}}{\mathrm{\λf}}{p}_0\right)]---\left(9\right)$

其中，N代表第一光柵或第二光柵對稱軸兩邊最多的光縫數(shù)目，譬如當(dāng)N＝5時，總光縫數(shù)目＝2N+1＝11。

請參考圖13，本發(fā)明中第一測量單元包括透明分束板219，所述透明分束板219包括第五表面45和與第五表面45相對的第六表面46，透明分束板219的第五表面45和第六表面46之間具有楔角40，在一實(shí)施例中，所述楔角40的大小可以為1°～5°，第一測量單元進(jìn)行套刻測量時，第一套刻標(biāo)記反射的光經(jīng)過第二分束板225(參考圖1)和接力透鏡單元206(參考圖1)傳輸后，在具有楔角的透明分束板219的第五表面45和第六表面46上反射后，分為兩個振幅相同并且在空間上平移一段距離s的兩部分光波，所述兩部分光波再疊加起來(或者產(chǎn)生干涉)形成交疊區(qū)域50(交疊區(qū)域50對應(yīng)第一橫向剪切干涉條紋或第二橫向剪切干涉條紋)，通過干涉儀成像單元220(參考圖1)檢測交疊區(qū)域50對應(yīng)的第一橫向剪切干涉條紋或第二橫向剪切干涉條紋，可以獲得交疊區(qū)域50的光強(qiáng)大小。

經(jīng)過如圖13所示的結(jié)構(gòu)，橫向剪切干涉后(剪切量s)的光振幅分布請參考公式(10)：

其中，b₀表示常數(shù)，s表示剪切量。

為了簡化說明，在一實(shí)施例中，取后焦面上的特殊縫位置作為光強(qiáng)的觀測點(diǎn)，再求得光強(qiáng)分布I，請參考公式(11)：

從公式(11)可以看出，本發(fā)明實(shí)施例中，通過橫向剪切的原理，建立套刻偏移量與橫向剪切后的光強(qiáng)、第一套刻標(biāo)記中的光柵縫數(shù)和光柵周期，以及與照明光的波長，第一成像透鏡的焦距，剪切量之間的聯(lián)系，由于光柵縫數(shù)N，照明光的波長λ，第一成像透鏡的焦距f，第一光柵或第二光柵的光柵周期p0，剪切量s都為已知量，只要測出交疊區(qū)域50對應(yīng)的第一橫向剪切干涉條紋或第二橫向剪切干涉條紋對應(yīng)的光強(qiáng)I(通過干涉儀成像單元測量)，第一測量單元就可以計(jì)算得到偏移量Δp的值(包括第一套刻標(biāo)記中的第一光柵相對于第一光軸的第一偏移量和第一套刻標(biāo)記中的第二光柵相對于第一光軸的第二偏移量)，然后第一測量單元根據(jù)第一偏移量和第二偏移量的差值的絕對值的大小可以判斷是否存在套刻偏移以及套刻偏移量的大小。需要說明的是，在其他實(shí)施例中，也可以取后焦面上的其他位置作為光強(qiáng)的觀測點(diǎn)。

請繼續(xù)參考圖13，在其他實(shí)施例中，為了提高測量的精度，在進(jìn)行測量時，也可以通過變化干涉儀成像單元的測量高度獲得不同剪切量時對應(yīng)的光強(qiáng)，通過公式(11)的計(jì)算獲得對應(yīng)的第一偏移量或第二偏移量，比如，在測量第一套刻標(biāo)記中的第一光柵相對于第一光軸的第一偏移量時，第一測量單元221(參考圖1)中的干涉儀成像單元220(參考圖1)首先位于第一測量高度H1，該第一測量高度H1時對應(yīng)的剪切量為s₁，干涉儀成像單元220測量獲得的第一測量高度H1時檢測的第一橫向剪切干涉條紋對應(yīng)的光強(qiáng)為I₁，然后干涉儀成像單元220在第三驅(qū)動單元的驅(qū)動下位于第二測量高度H2，第二測量高度H2與第一測量高度H1不相等，第二測量高度H2時對應(yīng)的剪切量為s₂，干涉儀成像單元220測量獲得的第二測量高度H2時檢測的第一橫向剪切干涉條紋對應(yīng)的光強(qiáng)為I₂，分別將s₁、I₁代入公式(11)，將s₂、I₂代入公式(11)通過計(jì)算可以獲得第一偏移量。相應(yīng)的第二偏移量也可以通過相同的方式獲得，在此不再贅述。

為了說明本發(fā)明的套刻測量裝置具有較高的精度，如果只有一根光縫，式(11)可以簡化為式(12)：

當(dāng)?shù)谝怀上裢哥R226為一般的顯微鏡物鏡時，在一實(shí)施例中，第一成像透鏡226的焦距f＝2mm，數(shù)值孔徑＝0.8，后焦面的寬度＝2f×tan(sin^-1NA)＝2×2mm×tan(sin^-10.8)＝5.3mm。如果取剪切量s的最大可變范圍為后焦面寬度的一半，即2.65mm，波長取綠光500nm，式(12)中余弦函數(shù)的宗量變化為：

$\frac{2\mathrm{\πs}}{\mathrm{\λf}}\mathrm{\Δp}=\frac{6.28\×2.65\mathrm{mm}}{500\mathrm{nm}\×2\mathrm{mm}}\mathrm{\Δp}=0.0166\mathrm{\Δp}/\mathrm{nm}---\left(13\right)$

式13中，如果偏移量(或者套刻偏移)Δp＝1nm，宗量的變化為0.0166，根據(jù)公式(12)，光強(qiáng)在扣除本底后相對變化為0.00014?，F(xiàn)有的冷卻型CCD圖像傳感器可以達(dá)到每個像素16比特的動態(tài)范圍，也即0-50000，對于0.00014的相對變化，相當(dāng)于7/50000，由于存在隨機(jī)漲落，50000的動態(tài)范圍最差可能存在(50000)^0.5的漲落，也即223/50000，由于探測的方法并非成像，可以采用多個像素累加，比如采用10000個像素的累加，系統(tǒng)的隨機(jī)漲落降低為2.23/50000，完全勝任7個量子的探測要求，也可以采用多次曝光求平均的方法來進(jìn)一步提高系統(tǒng)的靈敏度。

請繼續(xù)參考圖1，本發(fā)明實(shí)施例中，所述第二套刻標(biāo)記213b的結(jié)構(gòu)可以與第一套刻標(biāo)記213a的結(jié)構(gòu)相同，具體的結(jié)構(gòu)及相關(guān)描述請參考圖3以及前述關(guān)于第一套刻標(biāo)記213a的描述。

在進(jìn)行套刻的測量時，所述第二測量單元203判斷套刻是否存在偏移的過程為：照明單元218對晶圓210上的第二套刻標(biāo)記213b進(jìn)行照明，第二套刻標(biāo)記213b產(chǎn)生反射光，第二套刻標(biāo)記213b產(chǎn)生的反射光經(jīng)過第一成像透鏡226后變成平行的反射光，該反射光穿過第一分束板224和第二分束板225后，經(jīng)過第二測量單元的第二成像透鏡202的匯聚后，被基于圖像的成像單元201接收，在基于圖像的成像單元201中呈第二圖像，所述第二圖像為第一光柵和第二光柵的實(shí)像，第二測量單元203通過測量第一光柵實(shí)像與對應(yīng)的第二光柵實(shí)像的中心位置差異判斷套刻是否存在偏移，判斷標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)實(shí)際工藝進(jìn)行設(shè)定。在一具體的實(shí)施例中，比如當(dāng)?shù)谝还鈻艑?shí)像與對應(yīng)的第二光柵實(shí)像的中心的位置差異值大于1nm時，判定套刻存在偏移，相應(yīng)的，當(dāng)?shù)谝还鈻艑?shí)像與第二光柵實(shí)像的中心的位置差異值小于或等于1nm時，套 刻正常。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第二套刻標(biāo)記的結(jié)構(gòu)可以與第一套刻標(biāo)記的結(jié)構(gòu)不相同，具體請參考圖7和圖8，圖8為圖7沿切割線EF方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，所述第二套刻標(biāo)記213b包括位于下層介質(zhì)層中的第一圖形41和位于上層介質(zhì)層中的第二圖形42，上層介質(zhì)層位于下層介質(zhì)層表面上，所述第一圖形41位于第二圖形12的(或第二圖形12在下層介質(zhì)層中投影的)外圍。在一實(shí)施例中，所述第二套刻標(biāo)記213b包括位于第一介質(zhì)層24中的第一圖形41和位于第二介質(zhì)層25中的第二圖形，所述第二介質(zhì)層25位于第一介質(zhì)層上方，第一圖形41包括四個第一子圖形，四個第一子圖形呈正方形排布，所述第二圖形42包括四個第二子圖形，四個第二子圖形呈正方形排布，每個第一子圖形位于相應(yīng)的位于第二子圖形的外圍。

測量圖7中的第二套刻標(biāo)記的方式與測量前述的第二套刻標(biāo)記的方式相同，在此不再贅述。

所述第三套刻標(biāo)記的具體結(jié)構(gòu)請參考圖9和圖10，圖10為圖9沿切割線GH方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，所述第三套刻標(biāo)記213c包括下層介質(zhì)層中的第三光柵和位于上層介質(zhì)層中的第四光柵，所述上層介質(zhì)層位于下層介質(zhì)層表面上，所述第四光柵位于第三光柵的正上方，第三光柵包括若干平行排布的第三光柵條，第四光柵包括若干平行排布的第四光柵條，每個第四光柵條位于對應(yīng)的第三光柵條正上方，且第四光柵條的寬度小于第三光柵條的寬度。

在對圖9所述的第三套刻標(biāo)記進(jìn)行測量時，照明單元對第三套刻標(biāo)記213c進(jìn)行照明，第三套刻標(biāo)記213c產(chǎn)生的正負(fù)衍射光被第三測量單元接收呈第三圖像，若第三套刻標(biāo)記中的第三光柵和第四光柵存在位置偏移(第三光柵的中心位置偏移第四光柵的中心位置)時，第三套刻標(biāo)記213c產(chǎn)生的正負(fù)衍射光的正負(fù)衍射級的光強(qiáng)存在差異，第三測量單元通過檢測第三套刻標(biāo)記213c產(chǎn)生的衍射光的正負(fù)衍射級的光強(qiáng)差異判斷套刻是否存在偏移，若正負(fù)衍射級的光強(qiáng)存在差異，則套刻存在偏移，若正負(fù)衍射級的光強(qiáng)不存在差異，則套刻不存在偏移。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員， 在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。