光光强产生不对称性，该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。例如，套刻误差为e，则测得入射光各级衍射光的 光强L和I -的非对称性近似可表示为：
[0086] A = L _ I _= k ? e (1)
[0087] 其中k是标记工艺W及测量光属性相关的因子，是一个未知量。为了去除该未知 量，先分别利用测量光441和测量光442对第一被测对象进行测量，由于测量光441和测 量光442最终分别是利用了负级次衍射光和正级次衍射光，因而符合式（1)，可得Afight = k(e+A)。同理，将第一被测对象换成第二被测对象，可得Awt = k(e - A)。则，可得套 刻误差为：
[0089] 在上述测量过程中，可W通过将衍射光谱测量信号相对衍射光谱监测信号做归一 化处理，从而消除宽波段光源中部分波段光强扰动对测量的影响。
[0090] 通过上述实施例，将本发明的套刻误差测量装置及方法相比现有技术的优势展现 出来。具体包括；在本发明中，使用宽波段光源，光谱范围可延展到紫外和红外波段，测量光 波长范围更宽广；而现有技术使用可见光波段内几个分立的波长作为测量光，波长范围和 选择均有限；本发明使用宽波段线光源，其衍射光光谱包含入射角和波长信息；而现有技 术得到衍射光谱仅包含入射光角度信息；此外，本发明使用宽波段线光源，光能利用率高， 现有技术光能利用率较低。
[0091] 本发明通过第一分光镜形成两束测量光对被测对象进行测量，分别获得正负级 次衍射光谱信号，获取的有效测量信号丰富，且无测量工具引起误差（TIS-Tool imluced shift)，测量精度高；现有技术同时测量正负级次衍射光信号，但获取的有效测量信号大大 减少，测量精度有限。
[0092] 本发明所测得的正负级次衍射光信号经过物镜相同位置，不受测量物镜透过率影 响；现有技术同时得到正负级次衍射光信号，经过物镜不同位置，受物镜透过率影响。
[0093] 本发明在进行非对称性处理时，可直接将正负级次衍射光信号相减，无其他误差 引入量，测量精度较高；现有技术需测校光瞳中必，并将衍射光信号W此中必旋转后相减， 测量精度受光瞳中必测校精度的影响。
[0094] 显然，本领域的技术人员可W对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。送样，倘若本发明的送些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含送些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种套刻误差测量装置，用于对放置于工件台上的被测对象进行套刻误差的分析， 所述被测对象为周期性结构，所述套刻误差测量装置包括： 光源系统、第一分光镜、快门、第二分光镜、显微物镜、透镜组及探测器；其中，所述光源 系统提供宽波段的线形测量光束；所述测量光束入射到第一分光镜上分为两束测量光，所 述快门使得其中一束测量光通过，该束测量光入射第二分光镜上后反射；反射光通过显微 物镜后每一点以不同的入射角投射到被测对象上发生反射和衍射，并再次通过所述显微物 镜达到探测器上，形成衍射光谱测量信号。2. 如权利要求1所述的套刻误差测量装置，其特征在于，还包括监测光栅，所述快门使 得其中一束测量光通过，该束测量光入射第二分光镜上后还发生透射；透射光经过透镜组 后投射在与被测对象共轭且周期相同的监测光栅上，透射光投射在监测光栅上后衍射光依 次经过透镜组和第二分光镜到达探测器上，形成衍射光谱监测信号。3. 如权利要求2所述的套刻误差测量装置，其特征在于，经第一分光镜分为的两束测 量光分列于所述透镜组的光轴两侧，且对称分布；该两束测量光经第二分光镜反射后分列 于所述显微物镜的光轴两侧，且对称分布。4. 如权利要求3所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述监测光栅包括以所述透 镜组的光轴为对称轴的第一监测光栅和第二监测光栅，所述第一监测光栅沿顺时针方向与 所述透镜组的光轴呈一锐角，所述第一监测光栅和第二监测光栅分别对应所述两束测量 光。5. 如权利要求1所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述第一分光镜与快门之间 还设置有狭缝光阑。6. 如权利要求1所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述光源系统包括光源、光源 整形系统及准直系统，光源发出光产生二维的面光源，经过所述光源整形系统后，形成一维 的线光源，所述线光源经过准直系统形成平行光。7. 如权利要求6所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述光源为白光光源，或者由 若干个分立谱线组成的复合光源。8. 如权利要求7所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述光源整形系统为若干个 光纤组成的光纤簇，所述光纤簇靠近光源处的一端以二维面或三维面排布，在另一端以线 形排布。9. 如权利要求8所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述三维面为半球形或椭球 形，每一光纤的入射面与所述三维面相切。10. 如权利要求1所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述套刻误差测量装置还包 括一起偏器和一检偏器，所述起偏器位于光源系统与第一分光镜之间，所述检偏器位于所 述第二分光镜与探测器之间。11. 如权利要求10所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述起偏器与分光镜之间 设置有一补偿器，通过旋转补偿器以测得偏振态的反射率变化和位相变化。12. 如权利要求10所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述起偏器与光源系统之 间还设置有一滤光装置。13. 如权利要求12所述的套刻误差测量装置，其特征在于，所述滤光装置为干涉式的 滤波片，单色仪，或声光调制器。14. 一种套刻误差测量方法，包括： 利用如权利要求1~13中任一项所述的套刻误差测量装置，控制所述快门使得两束测 量光分别入射第一被测对象，从而在光瞳相同位置处分别获得的正、负级次衍射光谱，测得 第一被测对象的光强非对称性A"ght ; 利用如权利要求1~13中任一项所述的套刻误差测量装置，控制所述快门使得两束测 量光分别入射第二被测对象，从而在光瞳相同位置处分别获得的正、负级次衍射光谱，测得 第二被测对象的光强非对称性Alrft ;其中，第一被测对象的预设偏移量为△，第二被测对象的预设偏移量为一 Λ。15. 如权利要求14所述的套刻误差测量方法，其特征在于，包括： 将第一被测对象放置在工件台上，调整快门使得一束测量光通过，获得正级次衍射光 谱； 调整快门使得另一束测量光通过，获得负级次衍射光谱； 将两次衍射光谱对应的光强相减得A"ght = k( ε + Λ); 将第二被测对象放置在工件台上，调整快门使得一束测量光通过，测得正级次衍射光 谱； 调整快门使得另一束测量光通过，测得负级次衍射光谱； 将两次衍射光谱对应的光强相减得Alrft = k( ε - Λ); 其中，k为标记工艺及测量光属性相关的因子。16. 如权利要求14所述的套刻误差测量方法，其特征在于，套刻误差测量装置还包括 监测光栅，所述快门使得其中一束测量光通过，该束测量光入射第二分光镜上后发生透射； 透射光经过透镜组后投射在与被测对象共轭且周期相同的监测光栅上，透射光投射在监测 光栅上后衍射光依次经过透镜组和第二分光镜到达探测器上，形成衍射光谱监测信号，将 衍射光谱测量信号相对衍射光谱监测信号做归一化处理，从而消除宽波段光源中部分波段 光强扰动对测量的影响。
【专利摘要】本发明揭示了一种套刻误差测量装置及方法。所述套刻误差测量装置的光源系统提供宽波段的线形测量光束；测量光束入射到第一分光镜上分为两束测量光，一快门使得一束测量光通过，该束测量光入射第二分光镜上后反射；反射光通过显微物镜后每一点以不同的入射角投射到被测对象上发生反射和衍射，并再次通过所述显微物镜达到探测器上，形成衍射光谱测量信号。在进行测量时，通过快门使得两束测量光分别在被测对象上和监测光栅上发生衍射，获得光强的非对称性，从而提高了测量精度及工艺适应性，减少了测量误差干扰。
【IPC分类】G03F7/20, G03F9/00
【公开号】CN105527794
【申请号】CN201410508300
【发明人】彭博方, 陆海亮, 王帆
【申请人】上海微电子装备有限公司
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2014年9月28日