本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光刻領(lǐng)域，特別涉及一種測(cè)量套刻誤差的裝置和方法。

背景技術(shù)：

根據(jù)itrs(internationaltechnologyroadmapforsemiconductor，國際半導(dǎo)體技術(shù)規(guī)劃)給出的光刻測(cè)量技術(shù)路線圖，隨著光刻圖形的關(guān)鍵尺寸進(jìn)入22nm及以下工藝節(jié)點(diǎn)，特別是雙重曝光(doublepatterning)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)光刻工藝參數(shù)套刻(overlay)的測(cè)量精度要求已經(jīng)進(jìn)入亞納米領(lǐng)域。由于成像分辨率極限的限制，傳統(tǒng)的基于成像和圖像識(shí)別的套刻測(cè)量技術(shù)(imaging-basedoverlay，ibo)已逐漸不能滿足新的工藝節(jié)點(diǎn)對(duì)套刻測(cè)量的要求?；谘苌涔馓綔y(cè)的套刻測(cè)量技術(shù)(diffraction-basedoverlay，dbo)正逐步成為套刻測(cè)量的主要手段。

由于衍射光的衍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(jié)構(gòu)的標(biāo)記衍射后形成各個(gè)衍射級(jí)次的衍射光，各個(gè)衍射級(jí)次的衍射光形成的光強(qiáng)分布為反射光角分辨譜。如中國專利cn1916603a(申請(qǐng)?zhí)枮椋?00510091733.1，公開日為2007年2月21日)中公開了一種環(huán)形照明模式下，各個(gè)衍射級(jí)次衍射光所形成的反射光角分辨譜在ccd探測(cè)器上的分布情況。

基于上述原理，美國專利us7791727b2(申請(qǐng)?zhí)枮椋?0/918742，公開日為2006年12月16日)中公開了一種dbo技術(shù)，該技術(shù)測(cè)量光通過套刻標(biāo)記而發(fā)生衍射和反射所形成的衍射光角分辨譜中，相同衍射級(jí)次間的非對(duì)稱性得到套刻標(biāo)記的套刻誤差。

該專利中公開了該技術(shù)方案的裝置結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，光源2發(fā)出的光依次經(jīng)過透鏡組l2、濾鏡裝置30后形成窄帶寬的入射光，物鏡l1將入射光匯聚到基底6的套刻標(biāo)記上。探測(cè)器32位于物鏡l1的后焦面，套刻標(biāo)記的衍射光被物鏡l1收集后被反射面34反射從而被探測(cè)器32接收。探測(cè)器32測(cè)得光通過套刻標(biāo)記在各個(gè)角度發(fā)生的衍射和反射形成的反射光角分辨譜。為了獲得大范圍的角分辨譜，該方案中使用大數(shù)值孔徑(na)的物鏡l1。由于不同波長(zhǎng)的衍射光的衍射角度不同，為了防止不同波長(zhǎng)角譜間的重疊，該方案采用濾鏡裝置30對(duì)光源2發(fā)出的光進(jìn)行濾波，形成窄帶寬的測(cè)量光。原則上，該方案只能一次測(cè)量一個(gè)波長(zhǎng)下的反射光角分辯譜。為了進(jìn)行多波長(zhǎng)測(cè)量，可使用該專利中提供的一種在物鏡l1光瞳面40進(jìn)行分光的方案，以便同時(shí)測(cè)量多個(gè)分立波長(zhǎng)下的角分辯譜。盡管如此，該專利仍然只能測(cè)量有限個(gè)分立的波長(zhǎng)。

由此可知，現(xiàn)有技術(shù)中用于套刻誤差測(cè)量的測(cè)量光波長(zhǎng)范圍有限，面對(duì)復(fù)雜的半導(dǎo)體制造工藝，可能存在一定的工藝適應(yīng)性問題。例如，若測(cè)量光的光波長(zhǎng)正好是半導(dǎo)體上覆蓋的薄膜膜厚的4倍，則容易發(fā)生干涉效應(yīng)而使從套刻標(biāo)記上反射光的反射率大大降低，從而造成測(cè)量精度的下降。其次，現(xiàn)有技術(shù)中使用的大na物鏡方案，具有較小的焦深范圍。一般而言，測(cè)量光使用的有效數(shù)值孔徑大于0.9，以典型的測(cè)量光波長(zhǎng)600nm計(jì)算，則其有效焦深范圍不到1um。因此，在測(cè)量過程中必須對(duì)焦面位置進(jìn)行高精度的控制，這將影響測(cè)量速度和精度；此外，在這種情況下，若焦面控制不力，則測(cè)量光的光斑極易擴(kuò)散到被測(cè)量的套刻標(biāo)記外，形成大量雜光，嚴(yán)重干擾測(cè)量的過程。

因此有必要發(fā)明測(cè)量套刻誤差的裝置和方法，不但能夠適應(yīng)波段范圍更廣的測(cè)量光，還能夠更好地適應(yīng)趨于精細(xì)化的半導(dǎo)體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種測(cè)量套刻誤差的裝置和方法，在裝置中增加能夠?qū)y(cè)量光調(diào)整為關(guān)于顯微物鏡光軸中心對(duì)稱的測(cè)量光調(diào)整組件，使得測(cè)量光經(jīng)過該套裝置后經(jīng)過套刻測(cè)量標(biāo)記形成正負(fù)級(jí)次衍射光，并最終在探測(cè)器上顯示正負(fù)級(jí)次衍射光的衍射光譜，由控制系統(tǒng)根據(jù)該衍射光譜計(jì)算套刻誤差，因此該裝置與方法可以使用較寬波段的光源來測(cè)量套刻誤差，這樣測(cè)量光波長(zhǎng)范圍更寬廣，衍射光譜為正負(fù)級(jí)次衍射光的光譜，因此獲取的測(cè)量信號(hào)更加豐富，提高了測(cè)量精度，且光能的利用率較高，可以適應(yīng)小尺寸的被測(cè)對(duì)象，使其更適應(yīng)于現(xiàn)代趨于精細(xì)化的半導(dǎo)體產(chǎn)品。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種測(cè)量套刻誤差的裝置，包括

一照明系統(tǒng)，用于產(chǎn)生測(cè)量光；

一測(cè)量光調(diào)整組件；

一測(cè)量分光鏡，用于將測(cè)量光分光，所述照明系統(tǒng)、測(cè)量光調(diào)整組件以及測(cè)量分光鏡依次排在第一直線上；

一顯微物鏡，用于收集測(cè)量光，并投射至具有光柵結(jié)構(gòu)的套刻測(cè)量標(biāo)記的被測(cè)對(duì)象的表面；

一探測(cè)器，用于探測(cè)由光入射套刻測(cè)量標(biāo)記后發(fā)生衍射形成的衍射光譜，所述探測(cè)器位于所述顯微物鏡的瞳面，且所述探測(cè)器、測(cè)量分光鏡、顯微物鏡以及被測(cè)對(duì)象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(tǒng)，與所述探測(cè)器信號(hào)連接，用于根據(jù)所述探測(cè)器上顯示的由套刻測(cè)量標(biāo)記形成的衍射光譜，計(jì)算套刻誤差；

所述測(cè)量光調(diào)整組件用于將測(cè)量光調(diào)整為關(guān)于所述顯微物鏡光軸中心對(duì)稱，使得形成的衍射光譜上正級(jí)衍射光的光譜與負(fù)級(jí)衍射光的光譜相互錯(cuò)開。

作為優(yōu)選，經(jīng)過所述測(cè)量光調(diào)整組件的中心且垂直于所述測(cè)量光調(diào)整組件的直線與所述顯微物鏡的光軸關(guān)于所述測(cè)量分光鏡的法線對(duì)稱。

作為優(yōu)選，所述測(cè)量光調(diào)整組件為一環(huán)形光闌或者狹縫，所述環(huán)形光闌由兩個(gè)關(guān)于圓心對(duì)稱的四分之一圓環(huán)組成。

作為優(yōu)選，還包括一入射分光鏡，位于所述照明系統(tǒng)與所述測(cè)量光調(diào)整組件之間。

作為優(yōu)選，所述測(cè)量光調(diào)整組件為具有線性出射面的光纖簇。

作為優(yōu)選，所述光纖簇的出射面為線性排列的光纖端面。

作為優(yōu)選，所述光纖簇的出射面上還包括一準(zhǔn)直組件，位于測(cè)量光從光纖簇出射面出射的光路上，所述準(zhǔn)直組件用于準(zhǔn)直從光纖簇出射的光。

作為優(yōu)選，所述準(zhǔn)直組件為凹透鏡陣列或者自聚焦系統(tǒng)。

作為優(yōu)選，所述光纖簇的入射面為二維矩形面或者三維結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，所述三維結(jié)構(gòu)為半球形或者橢球形。

作為優(yōu)選，還包括一監(jiān)測(cè)光組件，位于測(cè)量光穿透所述測(cè)量分光鏡后的光路上，從所述被測(cè)對(duì)象上反射和衍射測(cè)量光形成的測(cè)量光信號(hào)與從所述監(jiān)測(cè)光組件上反射和衍射測(cè)量光形成的監(jiān)測(cè)光信號(hào)作歸一化處理。

作為優(yōu)選，所述監(jiān)測(cè)光組件依次包括：

一透鏡組，位于測(cè)量光穿透所述測(cè)量分光鏡后的光路上；

一監(jiān)測(cè)光學(xué)元件，位于測(cè)量光穿透所述透鏡組后的光路上，用于反射或者衍射測(cè)量光并且將反射光或者衍射光通過所述透鏡組。

作為優(yōu)選，所述監(jiān)測(cè)光學(xué)元件為監(jiān)測(cè)光柵，所述監(jiān)測(cè)光柵的周期與所述套刻測(cè)量標(biāo)記的光柵的周期相同，所述監(jiān)測(cè)光柵傾斜放置，使得從監(jiān)測(cè)光柵衍射出衍射光中僅有-1級(jí)衍射光能通過所述透鏡組，在通過所述透鏡組后到達(dá)所述測(cè)量分光鏡并被所述測(cè)量分光鏡反射至所述探測(cè)器。

作為優(yōu)選，所述監(jiān)測(cè)光學(xué)元件為兩個(gè)相互垂直擺放的反射鏡，穿透過所述透鏡組的測(cè)量光被兩個(gè)反射鏡反射至所述測(cè)量分光鏡，并被所述測(cè)量光分鏡反射至所述探測(cè)器。

作為優(yōu)選，所述被測(cè)對(duì)象由一承片臺(tái)承載。

作為優(yōu)選，還包括一起偏裝置，位于測(cè)量光向所述探測(cè)器入射的光路上。

作為優(yōu)選，所述起偏裝置包括：

一起偏器，位于所述測(cè)量光調(diào)整組件與所述測(cè)量分光鏡之間；

一檢偏器，位于所述測(cè)量分光鏡與所述探測(cè)器之間。

作為優(yōu)選，還包括一補(bǔ)償器，位于測(cè)量光從所述起偏器出射的光路上，用于測(cè)量具有偏振態(tài)的測(cè)量光的反射率變化和位相變化。

作為優(yōu)選，所述照明系統(tǒng)產(chǎn)生的測(cè)量光為紫外光、可見光、紅外光中的至少一種。

本發(fā)明還提供一種測(cè)量套刻誤差的方法，由照明系統(tǒng)發(fā)出測(cè)量光，在照明系統(tǒng)與測(cè)量分光鏡之間設(shè)置測(cè)量光調(diào)整組件，由所述測(cè)量光調(diào)整組件將測(cè)量光整形成為關(guān)于所述顯微物鏡光軸中心對(duì)稱后，被測(cè)量分光鏡反射，并經(jīng)過顯微物鏡后入射至被測(cè)對(duì)象上，測(cè)量光經(jīng)過被測(cè)對(duì)象衍射后形成正負(fù)級(jí)次的衍射光，正負(fù)級(jí)次衍射光依次通過顯微物鏡、測(cè)量分光鏡到達(dá)探測(cè)器上形成正級(jí)次衍射光光譜與負(fù)級(jí)衍射光的光譜相互錯(cuò)開的衍射光譜，控制系統(tǒng)根據(jù)探測(cè)器上的衍射光譜計(jì)算得到被測(cè)對(duì)象的套刻誤差。

作為優(yōu)選，在測(cè)量光從所述測(cè)量光調(diào)整組件出射穿透所述測(cè)量分光鏡后的光路上設(shè)置監(jiān)測(cè)光組件，則測(cè)量光依次通過測(cè)量光調(diào)整組件、測(cè)量分光鏡后入射至所述監(jiān)測(cè)光組件，并被監(jiān)測(cè)光組件反射和衍射至測(cè)量分光鏡，并由測(cè)量分光鏡反射至探測(cè)器，將從被測(cè)對(duì)象上反射和衍射測(cè)量光形成的測(cè)量光信號(hào)與從監(jiān)測(cè)光組件上反射和衍射測(cè)量光形成的監(jiān)測(cè)光信號(hào)作歸一化處理，用于消除光強(qiáng)波動(dòng)對(duì)測(cè)量套刻誤差的干擾。

作為優(yōu)選，具體包括以下步驟：

步驟一：計(jì)算所述探測(cè)器顯示的衍射光譜上每個(gè)像素點(diǎn)的靈敏度，設(shè)定靈敏度的閾值，將衍射光譜上靈敏度小于閾值的像素點(diǎn)濾除；

步驟二：生成表征測(cè)量光的正級(jí)衍射光光強(qiáng)與負(fù)級(jí)衍射光光強(qiáng)之差與步進(jìn)單位套刻誤差值時(shí)在控制系統(tǒng)中生成的圖像之間的關(guān)系；

步驟三：根據(jù)步驟二得到的正級(jí)衍射光光強(qiáng)與負(fù)級(jí)衍射光光強(qiáng)之差與步進(jìn)單位套刻誤差值時(shí)在控制系統(tǒng)中生成的圖像之間的關(guān)系進(jìn)行迭代遞歸，每次迭代產(chǎn)生中間圖像，當(dāng)?shù)?jì)算得到對(duì)稱的中間圖像，則完成迭代，則迭代形成的總步長(zhǎng)即為所述套刻測(cè)量標(biāo)記的套刻誤差。

作為優(yōu)選，在被測(cè)對(duì)象上制作兩個(gè)排列成行的套刻測(cè)量標(biāo)記，分別為第一套刻測(cè)量標(biāo)記和第二套刻測(cè)量標(biāo)記，第一套刻測(cè)量標(biāo)記設(shè)定第一套刻測(cè)量標(biāo)記所在的圖案化光刻膠與上層圖案化光刻膠的套刻誤差為0，第二套刻測(cè)量標(biāo)記設(shè)定上層的圖案化光刻膠與第二套刻測(cè)量標(biāo)記所在的圖案化光刻膠的偏移量為δ。

作為優(yōu)選，步驟一中計(jì)算探測(cè)器顯示的衍射光譜上每個(gè)像素點(diǎn)的靈敏度的方法為其中right_intensity為照射在第一套刻測(cè)量標(biāo)記上的光強(qiáng)，left_intensity為照射在第二套刻測(cè)量標(biāo)記上的光強(qiáng)。

作為優(yōu)選，步驟二中的生成表征測(cè)量光的正級(jí)衍射光光強(qiáng)與負(fù)級(jí)衍射光光強(qiáng)之差與單位套刻誤差值之間的關(guān)系圖時(shí)，依據(jù)的公式為：其中ov_step_map為運(yùn)行一個(gè)步進(jìn)單位ov_step套刻誤差時(shí)所對(duì)應(yīng)的探測(cè)器接收到的光強(qiáng)變化量在控制系統(tǒng)上的圖像。

作為優(yōu)選，步驟三中每次迭代產(chǎn)生的中間圖像所對(duì)應(yīng)的中間圖像值

pad_ov＝left_intensity-m*ov_step_map，其中m為迭代的循環(huán)次數(shù)，當(dāng)pad_ov值為0時(shí)，m所對(duì)應(yīng)的值為n，則套刻測(cè)量標(biāo)記的套刻誤差ov_value＝n×ov_step。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供一種測(cè)量套刻誤差的裝置，包括

一照明系統(tǒng)，用于產(chǎn)生測(cè)量光；

一測(cè)量光調(diào)整組件；

一測(cè)量分光鏡，用于將測(cè)量光分光，所述照明系統(tǒng)、測(cè)量光調(diào)整組件以及測(cè)量分光鏡依次排在第一直線上；

一顯微物鏡，用于收集測(cè)量光，并投射至具有光柵結(jié)構(gòu)的套刻測(cè)量標(biāo)記的被測(cè)對(duì)象的表面；

一探測(cè)器，用于探測(cè)由光入射套刻測(cè)量標(biāo)記后發(fā)生衍射形成的衍射光譜，所述探測(cè)器位于所述顯微物鏡的瞳面，且所述探測(cè)器、測(cè)量分光鏡、顯微物鏡以及被測(cè)對(duì)象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(tǒng)，與所述探測(cè)器信號(hào)連接，用于根據(jù)所述探測(cè)器上顯示的由套刻測(cè)量標(biāo)記形成的衍射光譜，計(jì)算套刻誤差；

所述測(cè)量光調(diào)整組件用于將測(cè)量光調(diào)整為關(guān)于所述顯微物鏡光軸中心對(duì)稱，使得形成的衍射光譜上正級(jí)衍射光的光譜與負(fù)級(jí)衍射光的光譜相互錯(cuò)開。

本發(fā)明還提供一種測(cè)量套刻誤差的方法，由照明系統(tǒng)發(fā)出測(cè)量光，在照明系統(tǒng)與測(cè)量分光鏡之間設(shè)置測(cè)量光調(diào)整組件，由所述測(cè)量光調(diào)整組件將測(cè)量光整形成為關(guān)于所述顯微物鏡光軸中心對(duì)稱后，被測(cè)量分光鏡反射，并經(jīng)過顯微物鏡后入射至被測(cè)對(duì)象上，測(cè)量光經(jīng)過被測(cè)對(duì)象衍射后形成正負(fù)級(jí)次的衍射光，正負(fù)級(jí)次衍射光依次通過顯微物鏡、測(cè)量分光鏡到達(dá)探測(cè)器上形成正級(jí)次衍射光光譜與負(fù)級(jí)衍射光的光譜相互錯(cuò)開的衍射光譜，控制系統(tǒng)根據(jù)探測(cè)器上的衍射光譜計(jì)算得到被測(cè)對(duì)象的套刻誤差。

本發(fā)明提出了一種測(cè)量套刻誤差的裝置和方法，在裝置中增加能夠?qū)y(cè)量光調(diào)整為關(guān)于所述顯微物鏡光軸中心對(duì)稱的測(cè)量光調(diào)整組件，使得測(cè)量光經(jīng)過該套裝置后經(jīng)過套刻測(cè)量標(biāo)記形成正負(fù)級(jí)次衍射光，并最終在探測(cè)器上顯示正負(fù)級(jí)次衍射光的衍射光譜，并且衍射光譜上正級(jí)次衍射光和負(fù)級(jí)次衍射光的光譜互相錯(cuò)開，因此相互之間并不干擾，由控制系統(tǒng)根據(jù)該衍射光譜計(jì)算套刻誤差，這樣在光源選擇時(shí)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，且由于具有測(cè)量光調(diào)整組件，可以使用面光源、線光源或者點(diǎn)光源，因此，這種裝置和方法測(cè)量光波長(zhǎng)范圍更寬廣、可使用任何光斑形狀光源，這樣獲取的測(cè)量信號(hào)更加豐富，提高了測(cè)量精度，且由于光能的利用率較高，對(duì)于小尺寸的套刻測(cè)量標(biāo)記也能接收到測(cè)量光，因此這種裝置和方法也適應(yīng)小尺寸的被測(cè)對(duì)象，使其更適應(yīng)于現(xiàn)代趨于精細(xì)化的半導(dǎo)體產(chǎn)品。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)量套刻誤差的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一測(cè)量套刻誤差的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例一被測(cè)對(duì)象截面示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例一測(cè)量衍射光強(qiáng)隨著套刻值的變化而變化的示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例一第一套刻測(cè)量標(biāo)記示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例一第二套刻測(cè)量標(biāo)記的示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例一正負(fù)級(jí)次衍射光與衍射效率之間的關(guān)系圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例一濾除靈敏度較差的像素點(diǎn)后的變化示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例一生成的套刻誤差與正負(fù)級(jí)次光強(qiáng)差的關(guān)系圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例一光纖簇結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為圖10中光纖出口端面排列示意圖；

圖12為圖10中入射面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為本發(fā)明實(shí)施例一步進(jìn)單位套刻誤差時(shí)光強(qiáng)變化圖；

圖14為本發(fā)明實(shí)施例一測(cè)量光信號(hào)與監(jiān)測(cè)光信號(hào)在探測(cè)器上顯示圖；

圖15為本發(fā)明實(shí)施例二光纖簇結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16為本發(fā)明實(shí)施例三光闌結(jié)構(gòu)示意圖；

圖17為本發(fā)明實(shí)施例四測(cè)量套刻誤差的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖18為本發(fā)明實(shí)施例四監(jiān)測(cè)光信號(hào)和測(cè)量光信號(hào)顯示圖；

圖19為本發(fā)明實(shí)施例五監(jiān)測(cè)光信號(hào)和測(cè)量光信號(hào)顯示圖；

圖20為本發(fā)明實(shí)施例六監(jiān)測(cè)光信號(hào)和測(cè)量光信號(hào)顯示圖。

圖1中：2-光源、30-濾鏡裝置、32-探測(cè)器、34-反射面、40-光瞳面、6-基底、l1-物鏡、l2-透鏡組；

本發(fā)明圖示：41-光源、43-光纖簇、432-入射面、437-光纖、44-出射面、45-測(cè)量分光鏡、46-顯微物鏡、47-被測(cè)對(duì)象、471-第一套刻測(cè)量標(biāo)記、472-第二套刻測(cè)量標(biāo)記、48-承片臺(tái)、49-透鏡組、410-監(jiān)測(cè)光柵、411-探測(cè)器、414-監(jiān)測(cè)光譜、4151-第一衍射光譜、4152-第二衍射光譜、4153-第三衍射光譜、4154-第四衍射光譜、4171-第一光闌、419-反射鏡。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

實(shí)施例一

請(qǐng)參照?qǐng)D2，本發(fā)明提供一種測(cè)量套刻誤差的裝置，包括

一照明系統(tǒng)，用于產(chǎn)生測(cè)量光，照明系統(tǒng)中至少包括一個(gè)光源41，光源41為寬波帶光源，可以是面光源、線光源或者點(diǎn)光源，以及具有其它光斑形狀的光源，照明系統(tǒng)產(chǎn)生的測(cè)量光為紫外光、可見光、紅外光中的至少一種。

一測(cè)量光調(diào)整組件，經(jīng)過測(cè)量光調(diào)整組件的中心且垂直于測(cè)量光調(diào)整組件的直線與顯微物鏡46的光軸關(guān)于測(cè)量分光鏡45的法線對(duì)稱，使用這樣的入射角度，使得從測(cè)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(shí)施例中測(cè)量光調(diào)整組件為光纖簇43，請(qǐng)參照?qǐng)D11，光纖簇43具有線性出射面，具體為光纖437的端面呈線性排列。

一測(cè)量分光鏡45，用于將測(cè)量光分光，且與照明系統(tǒng)、測(cè)量光調(diào)整組件依次排列成第一直線。

一顯微物鏡46，用于收集測(cè)量光，并投射至具有光柵結(jié)構(gòu)的套刻測(cè)量標(biāo)記的被測(cè)對(duì)象47的表面。

其中被測(cè)對(duì)象47上的套刻測(cè)量標(biāo)記，用于反射和衍射測(cè)量光，套刻測(cè)量標(biāo)記一般在掩膜版上，位于掩膜版上非圖案區(qū)域，套刻測(cè)量標(biāo)記包括兩個(gè)排列成行的第一套刻測(cè)量標(biāo)記471和第二套刻測(cè)量標(biāo)記472，在制作掩膜版時(shí)，第一套刻測(cè)量標(biāo)記471設(shè)定為與上一版掩膜版上的第一套刻測(cè)量標(biāo)記471的套刻誤差為0，第二套刻測(cè)量標(biāo)記472設(shè)定為與上一版掩膜版上的第二套刻測(cè)量標(biāo)記472的預(yù)設(shè)偏移量為δ；

還包括一探測(cè)器411，用于探測(cè)由套刻測(cè)量標(biāo)記形成的衍射光譜，探測(cè)器411位于顯微物鏡46的瞳面，且與測(cè)量分光鏡45、顯微物鏡46、被測(cè)對(duì)象47依次排列成第二直線，上述第一直線與第二直線相交，因此形成了圖2的結(jié)構(gòu)；

還包括一控制系統(tǒng)(未圖示)，與探測(cè)器411信號(hào)連接，用于根據(jù)探測(cè)器411上顯示的由套刻測(cè)量標(biāo)記形成的衍射光譜，計(jì)算套刻誤差；

測(cè)量光調(diào)整組件也就是光源整形系統(tǒng)，用于將測(cè)量光整形為關(guān)于顯微物鏡46光軸中心對(duì)稱，使得形成的衍射光譜上正級(jí)衍射光的光譜與負(fù)級(jí)衍射光的光譜相互錯(cuò)開，也就是使兩者互不干擾，這樣控制系統(tǒng)在計(jì)算時(shí)可避免很多誤差。

在本實(shí)施例中，請(qǐng)參照?qǐng)D10和圖11，測(cè)量光調(diào)整組件即為具有線性出射面的光纖簇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(dá)幾百微米，由于光經(jīng)過光纖437后出射出的光方向雜亂，因此在光纖簇43的出射面設(shè)置一準(zhǔn)直組件(未圖示)，使用較常見的準(zhǔn)直組件，如凹透鏡陣列或者自聚焦系統(tǒng)，準(zhǔn)直組件將從光纖437出射的光整形為相互平行的光，這樣使得在測(cè)量時(shí)入射被測(cè)對(duì)象47光線均勻，從根源處減少誤差。

較佳地，請(qǐng)參照?qǐng)D12，光纖簇43的入射面為二維矩形面，即光纖437入射的端面排列形成矩形。

較佳地，為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，設(shè)置能夠提供參考光的裝置，具體為一監(jiān)測(cè)光組件，請(qǐng)參照?qǐng)D2，監(jiān)測(cè)光組件位于測(cè)量光穿透測(cè)量分光鏡45后的光路上，其具體包括

一透鏡組49，位于測(cè)量光穿透測(cè)量分光鏡45后的光路上；

一監(jiān)測(cè)光學(xué)元件，位于測(cè)量光穿透透鏡組49后的光路上，用于反射或者衍射測(cè)量光并且將反射光或者衍射光通過透鏡組49，具體地，本實(shí)施例中的監(jiān)測(cè)光學(xué)元件為監(jiān)測(cè)光柵410，監(jiān)測(cè)光柵410的周期與套刻測(cè)量標(biāo)記的光柵的周期相同，且監(jiān)測(cè)光柵410傾斜放置，使得從監(jiān)測(cè)光柵410衍射出的衍射光中僅有-1級(jí)衍射光能通過透鏡組49，其余0級(jí)和+1級(jí)衍射光的光路不通過透鏡組49，當(dāng)-1級(jí)衍射光通過透鏡組49后到達(dá)測(cè)量分光鏡45并被測(cè)量分光鏡45反射至探測(cè)器411。

請(qǐng)參照?qǐng)D14，從被測(cè)對(duì)象47上反射和衍射的測(cè)量光形成的為測(cè)量光信號(hào)，本實(shí)施例中由于使用線性光源，因此在探測(cè)器411上顯示的光譜為第一衍射光譜4151，從監(jiān)測(cè)光組件上反射和衍射測(cè)量光形成的為監(jiān)測(cè)光信號(hào)，在探測(cè)器411上顯示為監(jiān)測(cè)光譜414，將監(jiān)測(cè)光信號(hào)作為一種參考對(duì)比量，控制系統(tǒng)將測(cè)量光信號(hào)與監(jiān)測(cè)光信號(hào)作歸一化處理，經(jīng)過歸一化處理后，計(jì)算的套刻誤差能夠消除寬波段光源中部分波段光強(qiáng)的擾動(dòng)對(duì)套刻誤差測(cè)量的影響。

請(qǐng)參照?qǐng)D2和圖3，本發(fā)明提供的測(cè)量裝置主要用于測(cè)量被測(cè)對(duì)象47套刻誤差，被測(cè)對(duì)象47為一硅片，放置在光刻機(jī)工件臺(tái)的承片臺(tái)48上，硅片上具有至少兩層圖案化的光刻膠，測(cè)量的套刻誤差即為同一個(gè)位置上兩層圖案化光刻膠之間的覆蓋誤差。當(dāng)硅片上制作完成第一層圖案化光刻膠后，在后續(xù)工藝中還需要再次涂覆一層光刻膠，并使該層光刻膠圖案化，但由于第二次圖案化光刻膠時(shí)其在掩膜對(duì)準(zhǔn)時(shí)可能并未與第一層圖案化光刻膠的圖案對(duì)準(zhǔn)，因此才會(huì)造成上述圖案化光刻膠的覆蓋誤差。

請(qǐng)參照?qǐng)D4，當(dāng)兩層圖案化光刻膠之間具有套刻誤差時(shí)，從光刻膠上衍射出來的光會(huì)產(chǎn)生變化，當(dāng)套刻誤差值等于零時(shí)，各正負(fù)高級(jí)次衍射光強(qiáng)相等，當(dāng)套刻誤差值不等于零時(shí)，各正負(fù)高級(jí)次衍射光強(qiáng)不相等，并且當(dāng)套刻誤差值在零點(diǎn)附近時(shí)，衍射光強(qiáng)與套刻誤差值成線性關(guān)系。

基于上述原理，本發(fā)明提供一種基于上述測(cè)量裝置的測(cè)量套刻誤差的方法，由光源41發(fā)出測(cè)量光，由測(cè)量光調(diào)整組件將測(cè)量光整形成為關(guān)于顯微物鏡46光軸中心對(duì)稱后，被測(cè)量分光鏡45反射，并經(jīng)過顯微物鏡46后入射至被測(cè)對(duì)象47的套刻測(cè)量標(biāo)記上，測(cè)量光經(jīng)過套刻測(cè)量標(biāo)記衍射后形成正負(fù)級(jí)次的衍射光，正負(fù)級(jí)次衍射光依次通過顯微物鏡46、測(cè)量分光鏡45到達(dá)探測(cè)器411上形成正級(jí)次衍射光光譜與負(fù)級(jí)衍射光的光譜相互錯(cuò)開的衍射光譜，控制系統(tǒng)根據(jù)探測(cè)器411上的衍射光譜計(jì)算得到被測(cè)對(duì)象47的套刻誤差。

請(qǐng)參照?qǐng)D5與圖6，使用本發(fā)明提供的測(cè)量方法，要求被測(cè)對(duì)象47上具有至少兩個(gè)套刻測(cè)量標(biāo)記，分別為第一套刻測(cè)量標(biāo)記471和第二套刻測(cè)量標(biāo)記472，這兩個(gè)標(biāo)記分別位于硅片的兩側(cè)，位于非圖案區(qū)域，兩者之間間隔著有效圖案區(qū)域，在設(shè)計(jì)掩膜版時(shí)，設(shè)定第一套刻測(cè)量標(biāo)記471與下層光刻膠之間的套刻誤差為0，但由于兩次掩膜曝光必定存在對(duì)準(zhǔn)誤差，因此必定會(huì)產(chǎn)生套刻誤差ε，因此第一套刻測(cè)量標(biāo)記471與下層光刻膠之間的偏移量為0+ε＝ε，設(shè)定第二套刻測(cè)量標(biāo)記472與下層光刻膠之間的產(chǎn)生了預(yù)設(shè)偏移量δ，那么經(jīng)過第二次掩膜曝光后，實(shí)際上形成的偏移量即為ε+δ。

使用上述套刻測(cè)量標(biāo)記，測(cè)量套刻誤差具體包括以下步驟：

步驟一：請(qǐng)參照?qǐng)D7與圖8，計(jì)算探測(cè)器411顯示的衍射光譜上每個(gè)像素點(diǎn)的靈敏度其中right_intensity為照射在第一套刻測(cè)量標(biāo)記471上的光強(qiáng)，left_intensity為照射在第二套刻測(cè)量標(biāo)記472上的光強(qiáng)，對(duì)于照射在第一套刻測(cè)量標(biāo)記471上的正負(fù)光強(qiáng)分別為

right_intensity_positive＝k·(ε+δ)+b，

right_intensity_nagetive＝-k·(ε+δ)+b，對(duì)于照射在第二套刻測(cè)量標(biāo)記472上的正負(fù)光強(qiáng)分別為left_intensity_positive＝k·ε+b，

left_intensity_nagetive＝-k·ε+b，其中k為該裝置所存在的測(cè)量工藝參數(shù)，b為光強(qiáng)的基本值，也就是套刻誤差值為0時(shí)的光強(qiáng)值，ε為套刻誤差值。

請(qǐng)參照?qǐng)D7，圖中靈敏度較差的點(diǎn)，其縱坐標(biāo)并未隨著橫坐標(biāo)的變化而發(fā)生較大的變化，因此需要將其濾除，濾除方法為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定靈敏度的閾值，將計(jì)算得到的靈敏度小于閾值的像素點(diǎn)濾除，濾除后如圖8所示。

步驟二：請(qǐng)參照?qǐng)D9，生成表征測(cè)量光的正級(jí)衍射光光強(qiáng)與負(fù)級(jí)衍射光光強(qiáng)之差與步進(jìn)單位套刻誤差值時(shí)在控制系統(tǒng)中生成的map(圖像)之間的關(guān)系。

生成關(guān)系圖依據(jù)的公式為：

其中ov_step_map為運(yùn)行一個(gè)步進(jìn)單位ov_step套刻誤差時(shí)所對(duì)應(yīng)的探測(cè)器411接收到的光強(qiáng)變化量在控制系統(tǒng)上的圖像，其對(duì)應(yīng)的圖像請(qǐng)參照?qǐng)D13所示，其中ov_step是個(gè)常數(shù)值。

步驟三：利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的迭代遞歸計(jì)算套刻誤差值，即根據(jù)步驟二得到的正級(jí)衍射光光強(qiáng)與負(fù)級(jí)衍射光光強(qiáng)之差與單位套刻誤差值之間的關(guān)系進(jìn)行迭代遞歸，具體為計(jì)算每次迭代產(chǎn)生的中間圖象map對(duì)應(yīng)的計(jì)算值

pad_ov＝left_intensity-m*ov_step_map，其中m為迭代的循環(huán)次數(shù)，

當(dāng)計(jì)算得到的pad_ov對(duì)應(yīng)的中間圖像map接近于無偏差時(shí)，也就是pad_ov的值接近于0時(shí)，得到此時(shí)m所對(duì)應(yīng)的值為n，則套刻測(cè)量標(biāo)記的套刻誤差ov_value＝n×ov_step。

此外為了提高測(cè)量的精確度，請(qǐng)參照?qǐng)D2和圖14，在測(cè)量光從測(cè)量光調(diào)整組件出射穿透測(cè)量分光鏡45后的光路上設(shè)置監(jiān)測(cè)光組件，則測(cè)量光依次通過測(cè)量光調(diào)整組件、測(cè)量分光鏡45后入射至監(jiān)測(cè)光組件，并被監(jiān)測(cè)光組件反射和衍射后至測(cè)量分光鏡45，并由測(cè)量分光鏡45反射至探測(cè)器411，將從被測(cè)對(duì)象47上反射和衍射測(cè)量光形成的測(cè)量光信號(hào)與從監(jiān)測(cè)光組件上反射和衍射測(cè)量光形成的監(jiān)測(cè)光信號(hào)作歸一化處理，用于消除雜散光對(duì)測(cè)量套刻誤差的干擾。

實(shí)施例二

請(qǐng)參照?qǐng)D15，本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于光纖簇43的入射面432為一三維結(jié)構(gòu)，如圖15所示的半球形，也可為橢球形，這種球形的入射面能夠增大入射面的表面積，能夠收集更多的入射光。

實(shí)施例三

請(qǐng)參照?qǐng)D16，本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于測(cè)量光調(diào)整組件為一環(huán)形第一光闌4171，環(huán)形第一光闌4171由兩個(gè)關(guān)于圓心對(duì)稱的四分之一圓環(huán)組成，也即該兩個(gè)四分之一圓環(huán)處為遮光處，其余皆為透光處。

實(shí)施例四

請(qǐng)參照?qǐng)D17，本實(shí)施例與實(shí)施例三的區(qū)別在于，監(jiān)測(cè)光元件為兩個(gè)相互之間夾角為90°的反射鏡419，穿透過透鏡組49的測(cè)量光被兩個(gè)反射鏡419反射至測(cè)量分光鏡45，并被測(cè)量光分鏡45反射至探測(cè)器411，由于監(jiān)測(cè)光譜414由反射鏡419形成，因此形成的監(jiān)測(cè)光譜414與測(cè)量光信號(hào)形成的第二衍射光譜4152如圖18所示。

實(shí)施例五

請(qǐng)參照?qǐng)D19，本實(shí)施例與實(shí)施例三的區(qū)別在于使用的第二光闌(未圖示)的形狀為兩個(gè)關(guān)于中心對(duì)稱的半弦，且監(jiān)測(cè)光元件與實(shí)施例四相同，因此得到的監(jiān)測(cè)光譜414與測(cè)量光信號(hào)形成的第三衍射光譜4153如圖19所示。

實(shí)施例六

請(qǐng)參照?qǐng)D20，本實(shí)施例與實(shí)施例五的區(qū)別在于使用的第三光闌(未圖示)為實(shí)施例五的第二光闌順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°形成，得到的監(jiān)測(cè)光譜414與測(cè)量光形成的第四衍射光譜4154如圖20所示。

實(shí)施例七

本實(shí)施例與實(shí)施例一區(qū)別在于測(cè)量光調(diào)整組件為一狹縫(未圖示)。

實(shí)施例八

本實(shí)施例與實(shí)施例七的區(qū)別在于具有兩個(gè)狹縫，在照明系統(tǒng)與測(cè)量光調(diào)整組件設(shè)置一入射分光鏡(未圖示)，入射分光鏡將測(cè)量光分為兩束相同的光并分別入射兩個(gè)狹縫。

實(shí)施例九

本實(shí)施例與實(shí)施例八的區(qū)別在于在狹縫與測(cè)量分光鏡45之間設(shè)置快門(未圖示)，用于遮擋對(duì)測(cè)量產(chǎn)生干擾的非測(cè)量光束。

實(shí)施例十

本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于在裝置中增加一濾光裝置(未圖示)，該濾光裝置位于測(cè)量光向被測(cè)對(duì)象47入射的光路上，如可設(shè)置在照明系統(tǒng)上，當(dāng)光源41發(fā)出測(cè)量光后經(jīng)過濾光裝置，可以濾除具有較窄帶寬的測(cè)量光，更有利于測(cè)量。

實(shí)施例十一

本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于還包括一起偏裝置(未圖示)，位于測(cè)量光向探測(cè)器411入射的光路上，使得測(cè)量光變?yōu)榫哂衅駪B(tài)的光。

具體地，起偏裝置包括：

一起偏器，位于測(cè)量光調(diào)整組件與測(cè)量分光鏡45之間；

一檢偏器，位于測(cè)量分光鏡45與探測(cè)器411之間。

較佳地，還包括一補(bǔ)償器，位于測(cè)量光從起偏器出射的光路上，用于測(cè)量具有偏振態(tài)的測(cè)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(cè)量光變?yōu)榫哂衪e?；蛘遲m模的偏振光，但具體根據(jù)被測(cè)對(duì)象47的情況而選擇te模還是tm模，由于te模和tm模對(duì)于同一被測(cè)對(duì)象47的反射率并不相同，如被測(cè)的物體為金屬且具有線性的光柵結(jié)構(gòu)，則te模更容易被線性光柵吸收，因此反射效率低，最后則導(dǎo)致影響測(cè)量工藝參數(shù)k。一般來說，k越大，則會(huì)將套刻誤差值ε放大而體現(xiàn)在測(cè)得的光強(qiáng)值中，從而容易被控制系統(tǒng)計(jì)算得到，這樣提高了測(cè)量精度，因此需要根據(jù)測(cè)量工藝以及被測(cè)物體選擇不同性質(zhì)的偏振光。

本發(fā)明對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本發(fā)明不僅限于上述實(shí)施例，顯然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。