基於衍射的套刻測量標記、套刻測量方法和測量裝置與流程
2023-05-19 21:43:36
本發明涉及套刻測量領域，特備涉及一種基於衍射的套刻測量標記、套刻測量方法和測量裝置。
背景技術：
隨著光刻圖形cd尺寸進入22nm及以下工藝節點，特別是雙重曝光(doublepatterning)技術的廣泛應用，對套刻(overlay)測量的精度要求已經進入亞納米領域。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套刻測量技術已逐漸不能滿足新的工藝節點對套刻測量的要求，基於衍射的套刻測量技術(dbo，diffraction-basedoverlay)正逐步成為套刻測量的一種重要的補充手段。
基於衍射的套刻測量技術起源於利用散射和衍射進行光學criticaldimension測量的方法，通過直接測量套刻標記的衍射光來確定套刻誤差，測量速度快，採樣面積小，同時基本消除了傳統測量方法的許多誤差項，如定位誤差、焦面誤差、像差因素和機械振動等。
dbo主要分為兩大類，一類稱為基於模型的dbo技術，另一類稱為基於經驗的dbo技術，該類技術通過對套刻標記的cd、側壁角(swa)、高度和套刻參數進行嚴格建模，計算得到理論衍射光譜，將測量值與理論值進行對比提取套刻參數。這類技術的主要優點在於原則上只要一個標記便可測得一個方向的套刻值，因而標記成本較低。
但是現有的基於衍射的套刻測量方法的精度仍有待提高。
技術實現要素：
本發明解決的問題是怎樣提高套刻測量的精度。
為解決上述問題，本發明提供一種基於衍射的套刻測量標記，包括：
基底；位於基底上的第一基準光柵和第二基準光柵，第二基準光柵位於第一基準光柵一側，第一基準光柵和第二基準光柵均包括若干沿第一方向依次分布且相互平行的條狀區和位於相鄰條狀區之間的凹陷區，條狀區向兩端的延伸方向為第二方向，第二方向與第一方向垂直；位於基底上的第三基準光柵和第四基準光柵，第四基準光柵位於第三基準光柵一側，且第三基準光柵位於第一基準光柵的條狀區向兩端的延伸方向上，第四基準光柵位於第二基準光柵的條狀區向兩端的延伸方向上，第三基準光柵和第四基準光柵與第一基準光柵的結構相同，且第三基準光柵相對於第一基準光柵在第一方向的正向上偏移第一偏移值，第四基準光柵相對於第二基準光柵在第一方向的負向上偏移第一偏移值；位於第一基準光柵上方的第一比較光柵，所述第一比較光柵相對於第一基準光柵在第一方向的正向上偏移第一偏移值；位於第二基準光柵上方的第二比較光柵，所述第二比較光柵相對於第二基準光柵在第一方向的負向上偏移第一偏移值；位於第三基準光柵上方的第三比較光柵，所述第三比較光柵相對於第三基準光柵在第一方向的負向上偏移第一偏移值；位於第四基準光柵上方的第四比較光柵，所述第四比較光柵相對於第四基準光柵在第一方向的正向上偏移第一偏移值；第一比較光柵、第二比較光柵、第三比較光柵和第四比較光柵的結構與第一基準光柵的結構相同。
可選的，所述第一基準光柵的條狀區的寬度為0.4～0.6微米，條狀區的數量為8～12，凹陷區的寬度為0.4～0.6微米。
可選的，所述第一偏移量小於凹陷區的寬度。
可選的，所述第三基準光柵與第一基準光柵之間的距離等於第四基準光柵與第二基準光柵之間的距離。
可選的，所述第三基準光柵與第一基準光柵之間的距離或者第四基準光柵與第二基準光柵之間的距離為5～10微米。
可選的，所述基底包括半導體襯底和位於半導體襯底表面上的介質層，所述第一基準光柵、第二基準光柵、第三基準光柵和第四基準光柵位於半導體襯底表面，介質層覆蓋所述第一基準光柵、第二基準光柵、第三基準光柵和第四基準光柵；所述第一比較光柵、第二比較光柵、第三比較光柵、第四比較光柵位於介質層表面上。
可選的，所述第一比較光柵的頂部表面的高度等於第三比較光柵的頂部表面高度，所述第二比較光柵的頂部表面的高度等於第四比較光柵的頂部表面高度，且所述第二比較光柵的頂部表面的高度與第一比較光柵的頂部表面的高度不相同，所述第四比較光柵的頂部表面的高度與第三比較光柵的頂部表面的高度不相同。
可選的，所述第二比較光柵的頂部表面的高度大於或小於第一比較光柵的頂部表面的高度。
可選的，所述第四比較光柵的頂部表面的高度大於或小於第三比較光柵的頂部表面的高度。
本發明還提供了一種對上述的套刻標記進行套刻測量的方法，包括：
基底沿第一方向運動；
一束照射光依次對基底上的第一基準光柵和第一比較光柵，以及第二基準光柵和第二比較光柵進行照明，另一束照射光同時依次對第三基準光柵和第三比較光柵，以及第四基準光柵和第四比較光柵進行照明；各光柵在被照明時產生衍射光；
檢測套刻測量標記產生的衍射光，分別獲得第一基準光柵和第一比較光柵對應的第一光強，第二基準光柵和第二比較光柵對應的第二光強，第三基準光柵和第三比較光柵對應的第三光強，第四基準光柵和第四比較光柵對應的第四光強；
基於第一光強、第二光強、第三光強、第四光強獲得套刻精度。
可選的，所述套刻精度的獲得方式為：
其中，ov表示第一方向的套刻精度，d表示第一偏移值，a1表示第一光強，a2表示第二光強，a3表示第三光強，a4表示第四光強。
本發明還提供了一種用於上述套刻標記進行測量的套刻測量裝置，包括：
載臺，用於裝載形成有套刻測量標記的基底，並使基底在檢測位置沿第一方向運動；
照射單元，用於發出兩束對稱的照射光，在基底沿第一方向運動時，其中一束照射光依次對基底上的第一基準光柵和第一比較光柵，以及第二基準光柵和第二比較光柵進行照明，另一束照射光同時依次對第三基準光柵和第三比較光柵，以及第四基準光柵和第四比較光柵進行照明；各光柵在被照明時產生衍射光；
第一成像單元，用於接收第一基準光柵和第一比較光柵產生的衍射光獲得第一光強，接收第二基準光柵和第二比較光柵產生的衍射光獲得第二光強，接收第三基準光柵和第三比較光柵產生的衍射光獲得第三光強，接收第四基準光柵和第四比較光柵產生的衍射光獲得第四光強；
控制單元，基於第一光強、第二光強、第三光強和第四光強獲得套刻精度。
可選的，所述照射單元包括雷射源和分光單元，所述雷射源用於產生雷射束，所述分光單元用於將雷射束分為兩束平行的照射光並使兩束照射光向檢測位置傳輸。
可選的，所述分光單元包括相互平行的第一分束鏡和第二分束鏡，部分雷射束經第一分束鏡的反射形成一束照射光，並向檢測位置傳輸，部分雷射束穿過第一分束鏡向第二分束鏡傳輸，經第二分束鏡反射，形成另一束照射光，並向檢測位置傳輸。
可選的，還包括：第一調節單元，用於調節第一分束鏡與第二分束鏡之間的距離，從而調節兩束照射光之間的距離。
可選的，所述分光單元包括第一凹鏡和第一凸鏡，第一凹鏡包括平坦的第一表面和與第一表面相對並且向第一表面方向凹陷的第二表面，所述第一凸鏡包括平坦的第三表面和與第三表面相對並且向第三表面相反的方向凸起的第四表面，第一凹鏡和第一凸鏡相互分開，並且第一凹鏡的第二表面與第一凸鏡第四表面正對，第二表面的凹陷的與第四表面的凸起的能相互吻合，雷射束從第一凹鏡的第一表面入射，經過第一凹鏡的第二表面、第一凸鏡的第四表面，在第一凸鏡的第三表面上形成平行的兩束光。
可選的，還包括：第二調節單元，用於調節第一凹鏡和第一凸鏡之間的距離，從而調節兩束照射光之間的距離。
可選的，還包括：檢測單元，用於檢測兩平行照射光的光強和距離，並將檢測到的光強和距離發送給控制單元。
可選的，所述檢測單元包括第二成像單元、第三分束鏡和第四分束鏡，第三分束鏡和第四分束鏡分別置於兩束平行的照射光向檢測位置傳輸的光路上，兩束平行的照射光相應的分別在第三分束鏡和第四分束鏡的表面反射形成兩束平行的反射光，平行的反射光被第二成像單元接收，獲得兩束的平行的反射光對應的光強和兩束平行反射光之間的距離。
可選的，還包括，傳輸透鏡，所述傳輸透鏡位於檢測位置與第一成像單元之間，用於將套刻測量標記產生的衍射光傳輸到第一成像單元。
與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點：
本發明的套刻標記具有四個基準光柵和位於四個基準光柵上的四個比較光柵，第二基準光柵位於第一基準光柵一側，第四基準光柵位於第三基準光柵一側，且第三基準光柵位於第一基準光柵的條狀區向兩端的延伸方向上，第四基準光柵位於第二基準光柵的條狀區向兩端的延伸方向上，第三基準光柵和第四基準光柵與第一基準光柵的結構相同，且第三基準光柵相對於第一基準光柵在第一方向的正向上偏移第一偏移值，第四基準光柵相對於第二基準光柵在第一方向的負向上偏移第一偏移值；位於第一基準光柵上方的第一比較光柵，所述第一比較光柵相對於第一基準光柵在第一方向的正向上偏移第一偏移值；位於第二基準光柵上方的第二比較光柵，所述第二比較光柵相對於第二基準光柵在第一方向的負向上偏移第一偏移值；位於第三基準光柵上方的第三比較光柵，所述第三比較光柵相對於第三基準光柵在第一方向的負向上偏移第一偏移值；位於第四基準光柵上方的第四比較光柵，所述第四比較光柵相對於第四基準光柵在第一方向的正向上偏移第一偏移值，在進行套刻精度的計算時，本發明的套刻測量精度只與測量第一基準光柵和第一比較光柵的衍射光獲得的第一光強，測量第二基準光柵和第二比較光柵的衍射光獲得的第二光強，測量第三基準光柵和第三比較光柵的衍射光獲得的第三光強，測量第四基準光柵和第四比較光柵的衍射光獲得的第一光強，以及第一偏移值有關，因而排除了介質層厚度或者形成比較柵極的材料在第一方向上的不同的兩個位置的厚度差異對套刻測量精度的影響，因而提高了套刻測量的精度。
本發明的套刻測量方法，一束照射光依次對基底上的第一基準光柵和第一比較光柵，以及第二基準光柵和第二比較光柵進行照明，另一束照射光同時依次對第三基準光柵和第三比較光柵，以及第四基準光柵和第四比較光柵進行照明；檢測套刻測量標記產生的衍射光，分別獲得第一基準光柵和第一比較光柵對應的第一光強，第二基準光柵和第二比較光柵對應的第二光強，第三基準光柵和第三比較光柵對應的第三光強，第四基準光柵和第四比較光柵對應的第四光強；基於第一光強、第二光強、第三光強、第四光強獲得套刻精度。兩束照射光能同時對不同的光柵進行照射，相應的光柵產生衍射光，並檢測相應的衍射光獲得對應的光強，提高了套刻測量的效率和精度。
本發明的套刻測量裝置在進行套刻精度的檢測時，照射單元產生的一束照射光和其平行的另一束照射光可以同時對套刻標記中的兩排平行的光柵同時進行照明，第一成像單元可以感應光柵產生的衍射光獲得光強，因而提高了套刻測量的效率。
附圖說明
圖1～圖3為本發明實施例基於衍射的套刻測量標記的結構示意圖；
圖4為本發明實施例套刻測量裝置的結構示意圖；
圖5～圖6為圖4中的分光單元的結構示意圖。
具體實施方式
如背景技術所言，現有的基於衍射的套刻測量方法的精度仍有待提高。
研究發現，現有的套刻標記包括位於下層的兩個基準光柵和位於上層對應的兩個比較光柵，在實際的半導體製作工藝中，由於工藝的限制，下層基準光柵上形成的介質層不同位置的厚度存在差異或者用於形成上層兩個比較光柵的光刻膠層在不同位置的厚度也存在差異，因而形成上層的兩個比較光柵的頂部高度會不相同，在進行套刻標記檢測時，不同高度的比較光柵對應獲得的光強是不同的，使得套刻的測量精度會受到影響。
本發明的基於衍射的套刻測量標記、套刻測量方法和測量裝置，能克服介質層不同位置的厚度存在差異或者用於形成光柵的材料差異帶來套刻精度偏差，提高了套刻測量的精度。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。在詳述本發明實施例時，為便於說明，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，其在此不應限制本發明的保護範圍。此外，在實際製作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
圖1～圖3為本發明實施例基於衍射的套刻測量標記的結構示意圖，請參考圖1和圖2，所述基於衍射的套刻測量標記包括：
基底(圖中未示出)；
位於基底上的第一基準光柵101和第二基準光柵102，第二基準光柵102位於第一基準光柵101一側，第一基準光柵101和第二基準光柵102均包括若干沿第一方向依次分布且相互平行的條狀區和位於相鄰條狀區之間的凹陷區，條狀區向兩端的延伸方向為第二方向，第二方向與第一方向垂直；
位於基底上的第三基準光柵103和第四基準光柵104，第四基準光柵104位於第三基準光柵103一側，且第三基準光柵103位於第一基準光柵101的條狀區向兩端的延伸方向上，第四基準光柵104位於第二基準光柵102的條狀區向兩端的延伸方向上，第三基準光柵103和第四基準光柵104與第一基準光柵101的結構相同，且第三基準光柵103相對於第一基準光柵在第一方向的正向上偏移第一偏移值d，第四基準光柵104相對於第二基準光柵102在第一方向的負向上偏移第一偏移值d；
位於第一基準光柵101上方的第一比較光柵201，所述第一比較光柵201相對於第一基準光柵101在第一方向的正向上偏移第一偏移值d；
位於第二基準光柵102上方的第二比較光柵202，所述第二比較光柵202相對於第二基準光柵102在第一方向的負向上偏移第一偏移值d；
位於第三基準光柵103上方的第三比較光柵203，所述第三比較光柵203相對於第三基準光柵103在第一方向的負向上偏移第一偏移值d；
位於第四基準光柵104上方的第四比較光柵204，所述第四比較光柵204相對於第四基準光柵104在第一方向的正向上偏移第一偏移值d；
第二基準光柵102、第一比較光柵201、第二比較光柵202、第三比較光柵203和第四比較光柵204的結構與第一基準光柵101的結構相同。
需要說明的是，所述第一方向是指從第一基準光柵101的中心與第二基準光柵102的中心連線所在的方向，並且從第一基準光柵101的中心指向第二基準光柵102的中心的方向為第一方向的正向，從第二基準光柵102的中心指向第一基準光柵101的中心的方向為第一方向的負向。
第二基準光柵102、第三基準光柵103、第四基準光柵104、第一比較光柵201、第二比較光柵202、第三比較光柵203和第四比較光柵204的結構與第一基準光柵101的結構相同，需要說明是結構相同是指第二基準光柵102、第三基準光柵103、第四基準光柵104、第一比較光柵201、第二比較光柵202、第三比較光柵203和第四比較光柵204的條狀區和凹陷區的分布方向和延伸方向、條狀區的數量和寬度以及間距與第一基準光柵101的條狀區和凹陷區的分布方向和延伸方向、條狀區的數量和寬度均相同。
所述形成基於衍射的套刻測量標記用於測量第一方向的套刻精度，本實施例中，請請參考圖1和圖2，以x軸作為第一方向，x軸的正方向作為第一方向的正向，x軸的負方向作為第一方向的負向，所述套刻測量標記用於測量x軸方向的套刻精度。在本發明的其他實施例中，請參考圖3，以可以以y軸作為第一方向，y軸的正方向作為第一方向的正向，y軸的負方向作為第一方向的負向，所述套刻測量標記用於測量y軸方向的套刻精度。
請繼續參考圖1和圖2，第一基準光柵101包括若干沿第一方向(本實施例為x軸方向)依次分布且相互平行的條狀區101a和位於相鄰條狀區101a之間的凹陷區101b，條狀區101a向兩端的延伸方向為第二方向(本實施例為y軸方向)，第二方向(本實施例為y軸方向)與第一方向(本實施例為x軸方向)垂直。
在一實施例中，所述第一基準光柵101的條狀區101a的寬度為0.4～0.6微米，條狀區的數量為8～12，凹陷區101b的寬度為0.4～0.6微米，以方便套刻測量的進行，提高套刻測量的精度。
所述第一偏移量d小於凹陷區101b的寬度。
所述第三基準光柵103與第一基準光柵101之間的距離s等於第四基準光柵104與第二基準光柵102之間的距離。
研究發現，所述第三基準光柵103與第一基準光柵101之間的距離或者第四基準光柵104與第二基準光柵102之間的距離不能太大，在集成電路的製作工藝中，以使得第三基準光柵103與第一基準光柵101上方的介質層厚度或者光刻膠層的厚度差異較小(根據介質層和光刻膠層形成工藝特性，一般相鄰的兩個點之間的厚度差異很小)，相應的第三基準光柵103與第一基準光柵101上形成的第三比較光柵203和第一比較光柵201的頂部表面高度相等或差異很小，在進行第一方向的套刻精度的計算時，使得第三基準光柵103和第三比較光柵203對應的與厚度相關的係數k1等於第一基準光柵101和第一比較光柵201對應的與厚度相關的係數k1，同理，使得第四基準光柵104和第四比較光柵204對應的與厚度相關的係數k2等於第二基準光柵102和第二比較光柵202對應的與厚度相關的係數k2，並且所述第三基準光柵103與第一基準光柵101之間的距離或者第四基準光柵104與第二基準光柵102之間的距離容易增加測量的難度和測量裝置設計難度；所述第三基準光柵103與第一基準光柵101之間的距離或者第四基準光柵104與第二基準光柵102之間的距離不能太小，太小的話相鄰的基準光柵之間容易產生幹擾。
在一實施例中，所述第三基準光柵103與第一基準光柵101之間的距離或者第四基準光柵104與第二基準光柵102之間的距離為5～10微米。
參考圖2，所述基底包括半導體襯底100和位於半導體襯底100表面上的介質層110，所述第一基準光柵101、第二基準光柵102、第三基準光柵(圖中未示出)和第四基準光柵(圖中未示出)位於半導體襯底100表面，介質層110覆蓋所述第一基準光柵101、第二基準光柵102、第三基準光柵和第四基準光柵；所述第一比較光柵201、第二比較光柵202、第三比較光柵(圖中未示出)、第四比較光柵(圖中未示出)位於介質層110表面上。
在一實施例中，所述第一比較光柵201的頂部表面的高度等於第三比較光柵的頂部表面高度，所述第二比較光柵202的頂部表面的高度等於第四比較光柵的頂部表面高度，且所述第二比較光柵202的頂部表面的高度與第一比較光柵201的頂部表面的高度不相同，所述第四比較光柵的頂部表面的高度與第三比較光柵的頂部表面的高度不相同。
所述第二比較光柵202的頂部表面的高度大於或小於第一比較光柵201的頂部表面的高度，所述第四比較光柵的頂部表面的高度大於或小於第三比較光柵的頂部表面的高度。本實施中，所述第二比較光柵202的頂部表面的高度(高度指第二比較光柵202的頂部表面與基底表面的垂直距離)大於第一比較光柵201的頂部表面的高度(高度指第一比較光柵201的頂部表面與基底表面的垂直距離)，第四比較光柵的頂部表面的高度大於第三比較光柵的頂部表面的高度，高度不同是由於形成第二比較光柵202(第四比較光柵)和第一比較光柵201(第二比較光柵)的材料(比如光刻膠等)的厚度不同造成兩者的高度不同。在其他實施例中，第二比較光柵202和第一比較光柵201的高度不同是由底部介質層110表面的厚度不均勻造成的。
在本發明的其他實施例中，第二比較光柵的頂部表面的高度與第一比較光柵的頂部表面的高度也可以相同，所述第四比較光柵的頂部表面的高度與第三比較光柵的頂部表面的高度也可以相同，因而本發明的套刻測量標記也可以應用在厚度不存在差異時的套刻精度測量。
上述套刻標記獲得套刻精度原理為：
a1＝k1(ov-d)；a2＝k2(ov+d)；a3＝k1(ov+d)；a4＝k2(ov-d)；
其中ov表示第一方向的套刻精度，a1表示測量的第一基準光柵101和第一比較光柵201的衍射光獲得的第一光強，a2表示測量的第二基準光柵102和第二比較光柵202的衍射光獲得的第二光強，a3表示測量的第三基準光柵103和第三比較光柵203的衍射光獲得的第三光強，a4表示測量的第四基準光柵104和第四比較光柵204的衍射光獲得的第一光強，d表示第一偏移值，k1表示與厚度相關的係數，k2表示與厚度相關的係數。
上述公式中，+d或者-d與本發明前述描述的套刻測量標記的結構相關，具體為一個光柵相對於另一個光柵的偏移方向和偏移量，計算a1和a3時均採用k1，表示第一比較光柵201和第二比較光柵202的高度相同，計算a2和a4時均採用k2，表示第二比較光柵202和第四比較光柵204的高度相同，k1和k2表示第一比較光柵201(或第二比較光柵202)與第二比較光柵202(或第四比較光柵204)的高度存在差異。
上述公式中，a1、a2、a3、a4通過套刻測量裝置測量獲得，為已知數，d為預設的偏移量也未已知數，ov，k1，k2均為未知數。
對上述四個公式進行變換，得到：
繼續上述兩個公式進行變化得到：
將定義為a*，即
進一步得到：
由於a1、a2、a3、a4和d都是已知量，未知的k1，k2不會影響套刻精度測量結果，因而可以獲得第一方向的偏移值ov，因而在介質層厚度或者形成比較柵極的材料在第一方向上的不同的兩個位置的厚度不同時，本發明的套刻測量標記仍能精確的得到套刻精度測量值。
本發明實施例還提供了一種對上述套刻標記進行套刻測量的方法，包括：
基底沿第一方向運動；
一束照射光依次對基底上的第一基準光柵和第一比較光柵，以及第二基準光柵和第二比較光柵進行照明，另一束照射光同時依次對第三基準光柵和第三比較光柵，以及第四基準光柵和第四比較光柵進行照明；各光柵在被照明時產生衍射光；
檢測套刻測量標記產生的衍射光，分別獲得第一基準光柵和第一比較光柵對應的第一光強，第二基準光柵和第二比較光柵對應的第二光強，第三基準光柵和第三比較光柵對應的第三光強，第四基準光柵和第四比較光柵對應的第四光強；
基於第一光強、第二光強、第三光強、第四光強獲得套刻精度。
所述套刻精度的獲得方式為：
其中，ov表示第一方向的套刻精度，d表示第一偏移值，a1表示第一光強，a2表示第二光強，a3表示第三光強，a4表示第四光強。
本發明實施例還包括一種用於測量上述的套刻標記的套刻測量裝置，請參考圖4，包括：
載臺，用於裝載形成有套刻測量標記的基底300，並使基底在檢測位置沿第一方向運動；
照射單元310，用於發出兩束對稱的照射光，在基底沿第一方向運動時，其中一束照射光依次對基底上的第一基準光柵和第一比較光柵，以及第二基準光柵和第二比較光柵進行照明，另一束照射光同時依次對第三基準光柵和第三比較光柵，以及第四基準光柵和第四比較光柵進行照明；各光柵在被照明時產生衍射光；
第一成像單元309，用於接收第一基準光柵和第一比較光柵產生的衍射光獲得第一光強，接收第二基準光柵和第二比較光柵產生的衍射光獲得第二光強，接收第三基準光柵和第三比較光柵產生的衍射光獲得第三光強，接收第四基準光柵和第四比較光柵產生的衍射光獲得第四光強；
控制單元(圖中未示出)，基於第一光強、第二光強、第三光強和第四光強獲得套刻精度。
本實施中，所述第一方向為x軸方向，結合參考圖1和圖4，本發明的套刻測量裝置進行套刻檢測的過程為：圖1所示的套刻標記形成在基底300上，然後將基底300傳送到套刻測量裝置的載臺上，進行對準後，載臺置於檢測位置，接著載臺沿第一方向(x軸正方向)運動，同時照射單元310發出的一束照射光13依次對基底300上的第一基準光柵101和第一比較光柵201，以及第二基準光柵102和第二比較光柵202進行照明，第一基準光柵101和第一比較光柵201被照射時產生衍射光，第二基準光柵102和第二比較光柵202產生衍射光，同時與照射光13平行的另一束照射光12依次對第三基準光柵103和第三比較光柵203，以及第四基準光柵104和第四比較光柵204進行照明，第三基準光柵103和第三比較光柵203被照射時產生衍射光，第四基準光柵104和第四比較光柵204被照射時產生衍射光；第一成像單元309，接收第一基準光柵101和第一比較光柵201產生的衍射光獲得第一光強，接收第二基準光柵102和第二比較光柵202產生的衍射光獲得第二光強，接收第三基準光柵103和第三比較光柵203產生的衍射光獲得第三光強，接收第四基準光柵104和第四比較光柵204產生的衍射光獲得第四光強；控制單元(圖中未示出)接收第一成像單元309檢測的第一光強、第二光強、第三光強和第四光強，基於第一光強、第二光強、第三光強和第四光強獲得套刻精度。本發明的套刻測量裝置在進行套刻精度的檢測時，照射光13和其平行的另一束照射光12可以同時對套刻標記中的兩排平行的光柵同時進行照明，第一成像單元309可以感應光柵產生的衍射光獲得光強，因而提高了套刻測量的效率。
所述控制單元根據公式獲得套刻測量精度；其中，ov表示第一方向的套刻精度，d表示第一偏移值，a1表示第一光強，a2表示第二光強，a3表示第三光強，a4表示第四光強。
所述照射單元310包括雷射源301和分光單元302，所述雷射源301用於產生雷射束11，所述分光單元302用於將雷射束11分為兩束平行的照射光(照射光12和照射光13)並使兩束照射光向檢測位置傳輸。所述檢測位置為在進行套刻標記的檢測時，載臺需要運行到的照射光可以對基底上的套刻標記進行照明的目標位置，或者所述檢測位置為套刻測量裝置的光學系統的在載臺上的基底300所在的平面上的聚焦位置。
在一實施例中，請參考圖5，所述分光單元302包括相互平行的第一分束鏡302c和第二分束鏡302d，部分雷射束11經第一分束鏡302c的反射形成一束照射光12，並向檢測位置傳輸，部分雷射束穿過第一分束鏡302c向第二分束鏡302d傳輸，經第二分束鏡302d反射，形成另一束照射光13，並向檢測位置傳輸。
還包括：第一調節單元，用於調節第一分束鏡302c與第二分束鏡302d之間的距離，從而調節兩束照射光(12,13)之間的距離，使得兩束照射光之間的距離與第一基準光柵101的中心與第三基準光柵103中心之間的距離相當，從而照射光12和照射光13可以精準的同時對套刻測量標記中的另行平行的光柵進行照明，以提高套刻測量的精度和效率。
在另一實施例中，請參考圖6，所述分光單元302包括第一凹鏡302a和第一凸鏡302b，第一凹鏡302a包括平坦的第一表面21和與第一表面21相對並且向第一表面21方向凹陷的第二表面22，所述第一凸鏡302b包括平坦的第三表面23和與第三表面23相對並且向第三表面相反的方向凸起的第四表面24，第一凹鏡302a和第一凸鏡302b相互分開，並且第一凹鏡302a的第二表面22與第一凸鏡302b第四表面24正對，第二表面22的凹陷的與第四表面24的凸起的能相互吻合，雷射束11從第一凹鏡302a的第一表面21入射，經過第一凹鏡302a的第二表面22、第一凸鏡302b的第四表面24，在第一凸鏡302的第三表面23上形成平行的兩束光(12,13)。
所述第二表面22的凹陷的剖面圖形為軸對稱圖形，第四表面24的凸起的剖面圖形為軸對稱圖形，且兩者的剖面形狀的圖形相同，參考圖5，本實施例中，第二表面22的凹陷的剖面圖形和第四表面24的凸起的剖面圖形為「λ」型。在其他實施例中，所述第二表面22的凹陷的剖面圖形和第四表面24的凸起的剖面圖形可以為對稱的圓弧形。
所述雷射束11沿垂直於第一凹鏡302a的第一表面21的方向入射，穿過第一凹鏡302a，在第一凹鏡302a的凹陷的第二表面22上發生折射，分成與入射方向存在一定夾角的兩束中間光束，兩束中間光束在第一凸鏡302b的凸起第四表面24上再次產生折射，形成平行的光束12和另一光束13，光束12和另一光束13穿過第一凸鏡302b的第三表面23向檢測位置的方向傳輸。
在一實施例中，當雷射源產生的雷射束不是垂直於第一凸鏡302b的第一表面21的方向入射時，可以在雷射束的傳輸路徑上設置一反射鏡或一分束鏡改變雷射束的傳輸方向，使得改變方向後的雷射束沿垂直於第一凸鏡302b的第一表面21的方向入射。
還包括：第二調節單元(圖中未示出)，用於調節第一凹鏡302a和第一凸鏡302b之間的距離，從而調節兩束照射光(12,13)之間的距離。
請繼續參考圖4，所述套刻測量裝置，還包括：檢測單元306，用於檢測兩平行照射光(12,13)的光強和距離，並將檢測到的光強和距離發送給控制單元。
所述控制單元根據檢測到的照射光12對應的光強以及另一束照射光13對應的光強，判斷照射光12的光強和另一束照射光13的光強是否存在差異，若存在差異，則在進行套刻精度的測量時，在計算公式中加入校準因子，以提高套刻測量精度的準確性。
所述控制單元根據檢測到的照射光12和另一束照射光13之間的距離，判斷該檢測到的距離與預設的距離是否存在差異，若存在差異，則控制單元向第一調節單元或第二調節單元發送調節指令，第一調節單元根據調節指令對第一分束鏡302c(參考圖5)和第二分束鏡302d(參考圖5)之間的距離進行調節，直至第一分束鏡302c(參考圖5)和第二分束鏡302d(參考圖5)之間的距離達到預設的距離，第二調節單元根據調節指令對第一凹鏡302a(參考圖6)和第一凸鏡302b(參考圖6)之間距離進行調節，直至第一凹鏡302a(參考圖6)和第一凸鏡302b(參考圖6)之間距離達到預設的距離。
在本發明的其他實施例中，可以通過手動調節第一分束鏡302c(參考圖5)和第二分束鏡302d(參考圖5)之間的距離，或者第一分束鏡302c(參考圖5)和第二分束鏡302d(參考圖5)之間的距離。
所述檢測單元306包括第二成像單元304、第三分束鏡305a和第四分束鏡305b，第三分束鏡305a和第四分束鏡305b分別置於兩束平行的照射光(12，13)向檢測位置傳輸的光路上(本實施例中所述第三分束鏡305a置於照射光12向檢測位置傳輸的光路上，第四分束鏡305b置於另一光束13向檢測位置傳輸的光路)，兩束平行的照射光(12，13)相應的分別在第三分束鏡305a和第四分束鏡305b的表面反射形成兩束平行的反射光，平行的反射光被第二成像單元304接收，獲得兩束的平行的反射光對應的光強和兩束平行反射光之間的距離。
還包括，傳輸透鏡311，所述傳輸透鏡311位於檢測位置與第一成像單元309之間，用於將基底300上套刻測量標記產生的衍射光傳輸到第一成像單元309。所述第一成像單元309和第二成像單元304中包括陣列排布的若干光電傳感器。
在一實施例中，所述傳輸透鏡311至少包括第一透鏡單元308和第二透鏡單元307，所述第一透鏡單元308適於將套刻測量標記產生的衍射光14轉化為平行光，並使平行光向第二透鏡單元307的方向傳輸，第二透鏡單元307在接收到平行光時將該平行光匯聚到第一成像單元309。
兩束平行的照射光(12，13)對稱的分布在傳輸透鏡311的光軸兩側，所述光軸為經過第一透鏡單元308的中心點以及第二透鏡單元307的中心點的直線，或者所述光軸為經過第一透鏡單元308的中心點且垂直於位於檢測位置的基底300表面的直線。
兩束平行的照射光(12，13)在經過第一透鏡單元308匯聚後，一束照射光依次對基底上的第一基準光柵和第一比較光柵，以及第二基準光柵和第二比較光柵進行照明，另一束照射光同時依次對第三基準光柵和第三比較光柵，以及第四基準光柵和第四比較光柵進行照明。
所述分光單元302、第三分束鏡305a和第四分束鏡305b位於第一透鏡單元308和第二透鏡單元307之間的傳輸光路上，雷射源301和第二成像單元304位於第一透鏡單元308和第二透鏡單元307之間的傳輸光路之外。
雖然本發明披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。