反射光通过显微物镜46将线形光束上的每一点W不同的入射角投射到被测对象47 上，被测对象47-般为娃片上的周期性结构，如密集光栅等。光束在被测对象47上发生反 射和衍射，然后再经过显微物镜46和第二分光镜45,最终入射至探测器411 (例如是二维探 测器）上，产生衍射光谱测量信号413 (请参考图4)。沿原路传播的透射光在经过透镜组 49后，投射在与被测对象47满足共辆关系且与被测对象47的周期相同的监测光栅上，具体 是第一监测光栅410a。第一监测光栅410a倾斜放置，例如是沿顺时针方向与透射光（延 长线）呈一锐角放置，使得透射光在所述第一监测光栅410a上发生衍射后产生衍射光。其 中，0级光反射出去，-1级光经过透镜组49及第二分光镜45后，入射至探测器411，作为衍 射光谱监测信号414 (请参考图4)。
[0069] 请参考图4,其中经过显微透镜46后的-1级光产生衍射光谱测量信号413,0级 光则形成衍射光谱测量信号412,从而衍射光谱测量信号412、413与衍射光谱监测信号414 最终在探测器411表面上形成所示的衍射光谱415,可W将衍射光谱测量信号413相对衍射 光谱监测信号414做归一化处理，从而消除宽波段光源中部分波段光强扰动对套刻测量的 影响。探测器411上形成的测量光斑一般为矩形或圆形，尺寸一般为微米量级，典型地可W 是50 U mX 50 U m，因此，被测对象47可W置于娃片的划线槽中。娃片由一工件台48承载， 该工件台可W在x、y、z，及rxjyjz自由度运动，W保证测量光斑位于被测对象47上。本 实施例中，衍射光谱测量信号413能够体现反射光强/反射率随入射角和波长的变化情况。
[0070] 所述监测光栅包括W所述透镜组49的光轴为对称轴的第一监测光栅410a和第 二监测光栅410b，所述第一监测光栅410a和第二监测光栅41化分别对应所述两束测量光 441、442。因此，当快口 403使得测量光442通过时，如图1中用虚线所示的光线表示了经 过各个光学元件后的传播情况，送与测量光441的传播情况类似，区别在于，是+1级光作为 衍射光谱监测信号414,其他过程在此不作详述。
[0071] 【实施例二】
[0072] 请参考图5,其为本发明实施例二的套刻误差测量装置的结构示意图，为了简便， 在本实施例中，除非特别说明，与实施例一相同的部件采用相同的标号，并省略其说明。
[0073] 如图5所示，本实施例的套刻误差测量装置还包括一起偏器416和一检偏器417。 所述起偏器416位于光源系统与第一分光镜401之间，使得线形的测量光束44经过起偏器 416后，产生TE模的偏振光或TM模的偏振光。在测量光路中的第二分光镜45与探测器411 之间增加所述检偏器417,送样测得的衍射光谱测量信号413可W是TE模反射率随入射角 和波长的变化，也可W是TM模反射率随入射角和波长的变化。一般地，TE和TM对同一被 测对象的反射率并不相同，尤其是在测量线形光栅结构时。若被测对象47为金属，则TE模 由于与光栅平行而更容易被吸收，因而反射效率更低。因此，根据不同的工艺条件选择合适 的偏振态进行测量是非常重要的，而散射计量系统提供多种可供选择的偏振态也是非常必 要的，送将提高系统的工艺适应性。
[0074] 在本实施例的入射光路中的起偏器416与第一分光镜401之间再加入一个补偿器 (未图示），则可W形成类似楠偏仪的测量功能。通过旋转补偿器，可W测得偏振态的反射 率变化和位相变化。
[007引【实施例立】
[0076] 请参考图6,其为本发明实施例H的套刻误差测量装置的结构示意图，为了简便， 在本实施例中，除非特别说明，与实施例二相同的部件采用相同的标号，并省略其说明。
[0077] 衍射光的各级次空间频率为Sin 0 = mX A /p,其中0为衍射角度，m为衍射级 次，A为波长，P为套刻标记周期。由于测量使用宽波段光，在同一衍射级次内，各个波长的 衍射光在空间上分离。本发明中是通过测量同一波长、同一入射角下的衍射光强非对称性 确定套刻误差的。因此，需在探测器411上精确的确定同一波长衍射光的位置。如图6所 示，在光源系统与起偏器416之间加入滤光装置418,实现探测器411上波长位置校准。所 述滤光装置418可滤出一个或多个波长，此时探测器411可测得单波长精确的定位位置，女口 图7的衍射光谱419所示。通过校准一个或多个波长在探测器411上的位置，可确定整个 衍射光谱的位置。其中，衍射光谱421对应图4中的412,衍射光谱422对应图4中的413， 衍射光谱420对应图4中的414。所述滤光装置418可W是干涉式的滤波片、单色仪W及声 光调制器等。
[0078] 本发明测得的高级次衍射光谱的范围与入射光波段、入射角度，套刻标记周期、物 镜NA、W及测量光的空间频率等有密切关系。举例而言，如测量光选取400nm~SOOnm波 段，套刻标记周期为Iy m，物镜NA为0.95,则1级光最小的空间频率为0.4,即0级光与1 级光的最小距离为0. 4NA。利用上述套刻误差测量装置，获得如图8所示的衍射光谱，探测 器411的显微物镜接收到的衍射光谱423为1级和2级光，且两者间无叠加，衍射光谱423 的信号量充足，约占光瞳总面积的50%甚至W上，足够满足套刻测量对于衍射光信息量的 需求。图8展示了经过显微物镜46后的测量光在探测器411上形成的衍射光谱，也即如图 4中的衍射光谱412、413的一种更为具体详细的披露。图8中的情况对应于通过测量光441 获得的衍射光谱，各级衍射光则具体为-3级光、-2级光，-1级光和0级光；对于是测量光 442通过的情况，则其衍射光谱是如图8中向右翻转180°，且各级衍射光自左向右为0级 光、+1级光、巧级光和+3级光。
[0079] 本发明的套刻误差测量装置在使用过程可针对所测套刻标记（被测对象）的实际 工艺状况，优选对套刻误差较为敏感的测量光波段进行测量。
[0080] 【实施例四】
[0081] 基于上述几个实施例的装置，本发明提出一种套刻误差测量方法。请参考图9,提 供第一被测对象，所述第一被测对象包括衬底1，形成于衬底1上的第一光栅结构2,第二光 栅结构4及位于第一光栅结构2和第二光栅结构4之间的中间层3,所述第一光栅结构2由 前一次曝光图形经显影、刻蚀、沉积等半导体工艺制成，第二光栅结构4通常为本次曝光、 显影后的光刻胶图形。所述中间层的材质及分布情况为公知常识，在此不做赏述。在标准 预设情况下，所述第一光栅结构2和第二光栅结构4之间具有预设偏移量5,记为A。但是 由于各种因素，实际情况如图10所示，所述第一光栅结构2和第二光栅结构4之间的偏移 量6,则所述偏移量6为A+e，其中e即为套刻误差，也就是本方法中需要求得的量。郝 么提供第二被测对象，请参考图11，与第一被测对象基本相同，不同之处在于，两个被测对 象的预设偏移量是相反的，所述第二被测对象的预设偏移量5为一A。则在具有套刻误差 的情况下，第二被测对象的偏移量6为一A+e，如图12所示。
[0082] 于是，首先利用所述的套刻误差测量装置和第一被测对象进行测量，调整快口使 得一束测量光通过，投射到第一被测对象上，获得第一衍射光谱；之后调整快口使得另一束 测量光通过，获得第二衍射光谱，从而测得第一被测对象的光强的非对称性Afight。所述第一 衍射光谱和第二衍射光谱分别是在光瞳相同位置处分别获得的正、负级次衍射光谱，两者 相减便可求得光强的非对称性Afight。
[0083] 接着，利用所述的套刻误差测量装置和第二被测对象进行测量，调整快口使得一 束测量光通过，投射到第二被测对象上，获得第H衍射光谱；之后调整快口使得另一束测量 光通过，获得第四衍射光谱，从而测得第二被测对象的光强的非对称性Awt。所述第H衍射 光谱和第四衍射光谱分别是在光瞳相同位置处分别获得的正、负级次衍射光谱，两者相减 便可求得光强的非对称性Awt。
[0084] 则所述套刻误差
[0085] 具体的，上述测量的原理是：当测量光正入射到第一被测对象上时，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