CN107003114B - 光谱光束轮廓计量 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光谱光束轮廓计量系统，其同时检测在大波长范围及大入射角AOI范围内的测量信号。一方面，多波长照明光束在由高数值孔径物镜投射到样品上之前被重新塑形成窄线形状的光束。在与所述样品相互作用之后，收集到的光行进通过波长色散元件，所述波长色散元件沿着二维检测器的一个方向投射所述AOI范围且沿着二维检测器的另一方向投射波长分量。因此，在所述检测器中的每一像素处检测到的所述测量信号各自表示特定AOI及特定波长的散射测量信号。另一方面，运用超光谱检测器同时检测在大波长范围、AOI范围及方位角范围内的测量信号。

Description

光谱光束轮廓计量
相关申请案的交叉参考
本专利申请案根据35U.S.C.§119主张来自2014年12月5日申请的标题为“测量衬底的性质的方法及设备(Method and Apparatus of Measuring a Property of aSubstrate)”的序列号为62/088,290的美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案的标的物以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
所描述的实施例涉及计量系统及方法，且更特定来说，涉及用于改进特性化半导体制造工艺及由半导体制造工艺产生的结构的参数的测量的方法及系统。
背景技术
半导体装置(例如逻辑及存储器装置)通常通过应用于样品的处理步骤序列而制成。半导体装置的各种特征及多个结构级别由这些处理步骤形成。举例来说，光刻尤其为一种涉及在半导体晶片上产生图案的半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含但不限于化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。多个半导体装置可制造于单个半导体晶片上且接着分离成个别半导体装置。
在半导体制造工艺期间的各个步骤处使用计量过程以检测晶片上的缺陷以促成更高良率。光学计量技术提供了实现高处理量测量而无样本破坏风险的可能性。数种基于光学计量的技术(包含散射测量及反射测量实施方案以及相关联分析算法)常用来特性化纳米级结构的临界尺寸、膜厚度、组合物及其它参数。
在一个实例中，二维光束轮廓反射计(2D-BPR)系统用来执行半导体样本测量。然而，现有2D-BPR系统一次获取一个波长的测量信号。这在需要多个照明波长来准确地特性化样本时限制了此类系统的处理量。
在另一实例中，光谱椭偏测量(SE)系统跨越广照明波长光谱执行同时测量。然而，现有SE系统一次以一个入射角(AOI)获取测量信号。这在需要多个AOI来准确地特性化样本时限制了此系统的处理量。
涉及由半导体制造工艺产生的结构的测量的计量应用归因于越来越小的分辨率需求、多参数相关性、越来越复杂的几何结构及不透明材料的使用增加而带来挑战。因此，需要用于改进测量的方法及系统。
发明内容
本文中提出用于在广入射角范围及广波长范围内同时检测收集到的光的方法及系统。出于说明目的，本文中提出光谱光束轮廓计量系统的若干实施例。在这些实施例中，在大波长范围及大入射角范围内的测量信号被同时检测到且用来确定所关注参数的值。这使得能够以极短获取时间使用可商购宽带光源测量临界尺寸(CD)、叠加、薄膜(TF)、光刻焦点、光刻剂量、粗糙度及应力测量。
一方面，一种光谱光束轮廓计量系统包含发射具有多个波长的经准直光束的光源。光束塑形光学器件将所述经准直的光束重新塑形成窄线光束(例如，片状横截面)。所述窄线形状的照明光束行进通过高数值孔径(NA)物镜，所述NA物镜将所述窄线光束投射到在广入射角范围内测量的样品的表面上。在与所述样品相互作用之后，所述光谱光束轮廓计量系统包含波长(即，能量)色散元件，所述波长色散元件将所述收集到的测量光束投射到二维检测器上。波长分量在一个维度中跨越所述检测器色散且AOI分量在另一方向上跨越所述检测器投影。以此方式，所述二维检测器同时检测角信号信息(例如，入射角)及光谱信息两者。因此，在所述检测器中的每一像素处检测到的测量信号表示特定AOI及特定波长的散射测量信号。
另一方面，两个或两个以上波长色散元件及对应检测器用于集光路径中以同时地或循序地检测信号。每一波长色散元件/检测器对经配置以检测不同波长范围。这可有利于在宽波长范围内进行测量，其中单个检测器及波长色散元件无法以足够准确度跨越整个波长范围进行测量。
另一方面，选用的照明孔径及选用的集光孔径经配置以使得能够测量不同目标。在一些实例中，收集从经照明的测量位点以不同于零衍射级的衍射级衍射的光。在一些其它实例中，收集从所述经照明的测量位点以所述零衍射级衍射的光。
另一方面，空间光调制器(SLM)定位于照明路径、集光路径或两者中。所述SLM经配置以跨越照明光、经收集光或两者的路径调制振幅、相位分布或两者，以减小波前误差且使光束的振幅及相位分布塑形。另一方面，所述空间光调制器使得能够跨越照明光束进行相位分布的可编程配置。这可用来校正像差或取消污染信号。在一些实施例中，所述SLM为可变形镜阵列。
另一方面，偏振元件定位于物镜前方的照明路径中。在一些实施例中，采用固定偏振器。在这些实施例中，可由单独检测器检测两个不同偏振分量。在一些其它实施例中，实施连续旋转偏振器。在这些实施例中，检偏器元件定位于物镜后方的集光路径中。
另一方面，补偿器添加于偏振器后方的照明路径中且另一补偿器添加于检偏器前方放入集光路径中。
另一方面，光束塑形光学器件定位于照明路径中。所述光束塑形光学器件经配置以使窄线光束照明旋转到所期望方位角。通过使所述窄线光束照明绕着光束轴旋转，所述有效方位角改变。对于一些二维测量目标(例如CD线空间光栅)及一些三维测量目标(例如复杂翼片结构)，测量敏感度在照明以一或多个特定方位角提供给目标时得以改进。
另一方面，光谱BPR系统经配置以沿着AOI方向扫描照明光束以使得能够映射光瞳平面。另一方面，此光瞳扫描机构也可与扫描视场平面的第二扫描机构互补，以使得能够平均化目标噪声，减小相干效应及改进准确度。
另一方面，光谱BPR系统在共同路径及集光路径中包含光束塑形光学器件。以此方式，光束形状仅在进入物镜及任何波长色散元件之前为窄线形状。
另一方面，光谱BPR系统包含两个波长色散元件及两个对应检测器。一个检测器经配置以执行受测量的样品的光瞳测量。另一检测器经配置以执行相同样品的视场测量。
在一些实施例中，同时检测视场测量信号及光瞳测量信号两者。所述检测到的信号经迭代处理以估计一或多个结构或工艺参数值。更具体来说，基于运用光瞳测量模型对光瞳测量信号的迭代回归及运用视场测量模型对视场测量信号的回归，确定与至少一个测量目标相关联的至少一个结构或工艺参数的值。
在一些实施例中，在组合分析中，视场测量信号及光瞳测量信号两者经处理以估计一或多个结构或工艺参数值。在这些实例中，所述测量模型为对于光瞳测量及视场测量两者连结计量目标的结构参数、材料参数或结构参数及材料参数的组合的组合测量模型。
另一方面，光谱BPR系统在物镜前方的测量路径中包含光束组合元件。自动聚焦探测光束、图案辨识探测光束或两者的组合在进入物镜之前与照明光束组合，且自动聚焦信号光束、图案辨识信号光束或两者的组合在离开物镜之后从收集光束提取。
另一方面，超光谱检测器用来检测光谱光束轮廓计量系统的光谱分量。
前述内容为发明内容且因此必然包含细节的简化、概括及省略；因此，所属领域的技术人员应了解，发明内容仅是说明性的且不以任何方式进行限制。本文中所描述的装置及/或过程的其它方面、发明特征及优点将在本文中所陈述的非限制性详细描述中变得显而易见。
附图说明
图1说明用于根据本文中所提出的示范性方法测量样品的特性的光谱光束轮廓计量系统100的实施例。
图2说明用于根据本文中所提出的示范性方法测量样品的特性的光谱光束轮廓计量系统200的另一实施例。
图3说明用于根据本文中所提出的示范性方法测量样品的特性的光谱光束轮廓计量系统300的另一实施例。
图4说明用于根据本文中所提出的示范性方法测量样品的特性的光谱光束轮廓计量系统400的另一实施例。
图5说明用于根据本文中所提出的示范性方法测量样品的特性的光谱光束轮廓计量系统500的另一实施例。
图6说明用于根据本文中所提出的示范性方法测量样品的特性的光谱光束轮廓计量系统600的另一实施例。
图7A到7C描绘在本文中所描述的光谱光束轮廓计量系统中用作光束组合元件的半折叠镜150。
图7D到7F描绘在本文中所描述的光谱光束轮廓计量系统中用作光束组合元件的四单元折叠镜155。
图8A到8C描绘在本文中所描述的光谱光束轮廓计量系统中用作光束组合元件的窄线塑形镜160。
图8D到8F描绘在本文中所描述的光谱光束轮廓计量系统中用作光束组合元件的窄交叉塑形镜165。
图9A到9C分别描绘三个示范性测量应用的照明及集光孔径选择。
图10A到C分别描绘与三个不同方位角选择相关联的光束强度轮廓。
图11A到B描绘与两个不同方位角选择及AOI选择相关联的光束强度轮廓。
图12A到12B说明与限制AOI范围以从样本收集零级经衍射光的两个不同照明切趾器及集光孔径选择相关联的光束强度轮廓。
图13说明归因于定位于照明路径中的扫描镜143的定向改变所致的在光谱BPR系统中的光束强度轮廓的移位。
图14是说明适于由计量系统(例如本发明的图1中所说明的计量系统100)实施的方法700的流程图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的背景实例及一些实施例，本发明的实例在随图中予以说明。
本文中提出用于在广入射角范围及广波长范围内对收集到的光进行宽带照明及同时检测的方法及系统。出于说明目的，本文中提出光谱光束轮廓计量系统的若干实施例。在这些实施例中，同时检测在大波长范围及大入射角范围内的测量信号，且在短集成时间内产生由检测子系统产生的光谱光束轮廓计量信号。
一方面，光谱光束轮廓计量系统包含发射具有多个波长的经准直光束的光源。光束塑形光学器件将所述经准直的光束重新塑形为行进通过高数值孔径(NA)物镜的窄线光束(例如，片状横截面)，所述NA物镜在广入射角范围内将所述窄线光束投射到受测量的样品的表面上。在与所述样品相互作用之后，所述光谱BPR系统包含波长(即，能量)色散元件，所述波长色散元件将所述收集到的测量光束投射到二维检测器上。以此方式，所述二维检测器同时检测角信号信息(例如，入射角)及光谱信息两者。
在一个实施例中，所述检测器的一个维度沿着线光束方向对准。在此维度(即，平行于线光束方向的方向)中，窄线光束根据入射角(AOI)色散于所述检测器上。此外，所述波长色散元件经定向使得波长色散方向垂直于所述窄线光束。因此，在所述二维检测器的第二正交维度中，所述窄线光束根据波长色散于所述检测器上。因此，在每一像素处检测到的测量信号表示特定AOI及特定波长的散射测量信号。在一些实例中，所述光谱光束轮廓计量系统为光谱光束轮廓反射计(BPR)系统。在这些实例中，在每一像素处检测到的测量信号表示特定AOI及特定波长的反射率信号。
在这些实例的一些中，光束塑形光学器件将光束从圆形形状重新塑形为具有可忽略的光损耗的线形状。因此，所述光谱BPR系统具有极高光效率。这使得能够以极短获取时间使用可商购光源(例如氙气灯、激光驱动等离子体光源、超连续激光等)测量临界尺寸(CD)、叠加、薄膜(TF)、光刻焦点、光刻剂量、粗糙度及应力测量。
图1说明用于根据本文中所提出的示范性方法测量样品的特性的系统100。如图1中所展示，系统100可用来执行包含跨越二维检测器散布的波长信息及AIO信息两者的样品112的一或多个结构的光瞳测量。在此方面中，系统100可配置为光谱BPR。系统100包含多波长照明源101、波束塑形光学器件107、高数值孔径(NA)物镜111(例如，NA>0.7)、波长色散元件117及二维检测器118。检测器118从样品112同时获取在AOI范围及波长范围内的反射率信号。反射率信号135经计算系统130处理以估计一或多个结构或工艺参数值。
如图1中所描绘，系统100包含产生具有多个波长的定量的照明光119的照明源101。在一些实施例中，照明源101为宽带照明源，例如弧光灯(例如，氙气灯)、激光驱动光源、多波长激光、超连续激光等。在一些其它实施例中，照明源101组合多个窄带光源，例如多个单波长激光、可调谐窄带激光等。在一些实施例中，照明源101包含宽带照明源及窄带照明源的组合。在一些实施例中，照明源101包含跨越深紫外光谱、紫外光谱、可见光谱、近红外光谱及红外光谱发射光的多个光源。多个光源可由一或多个滑动镜、分束器或任何其它合适配置而组合。一般来说，照明源101可包含任何光源组合。在一个实例中，照明源101包含跨越越100纳米与2,500纳米之间的波长范围的一或多个光源。
如图1中所描绘，多波长照明光119行进通过准直光学器件102。准直光学器件102准直多波长照明光119。准直光学器件102包含透镜组件、镜组件或两者的组合。在一个实施例中，多波长照明光119由离轴抛物面镜(OAP)准直且变为经准直的圆形光束。在一些实例中，准直光学器件102经配置以调整照明NA。
如图1中所描绘，由准直光学器件102准直的多波长照明光行进通过一或多个彩色滤光器103。彩色滤光器103出于测量目的选择一或多个照明波长及对应波长范围，且吸收或以其它方式驱散多余波长。一或多个彩色滤光器103可包含一或多个光学滤光器、一或多个彩色滤光器轮、一或多个线性可变边缘滤光器等。一或多个彩色滤光器103可包含一或多个长通滤光器、低通滤光器、带通滤光器等。一般来说，有利的是，选择适于给定测量应用(例如，CD、TF、叠加、焦点、剂量、粗糙度、应力等)的一或多个波长范围。
尽管如图1中所描绘，系统100包含一或多个彩色滤光器103，但在一些其它实施例中，可不采用彩色滤光器。因此，一般来说，彩色滤光器的使用是任选的。
如图1中所描绘，多波长照明光119行进通过定位于物镜111前方的照明路径中的光束塑形光学器件107。光束塑形光学器件107经配置以将传入光束重新塑形为窄线形状。一般来说，多波长照明光119具有二维强度横截面。如图1中所描绘，所述多波长照明光束具有圆形强度横截面107A。在与光束塑形光学器件107相互作用之后，所述多波长照明光束具有近似一维的窄线强度横截面107B(即，强度横截面基本上在一个维度中延伸，且基本上不在正交维度中延伸)。在无光束塑形光学器件107的情况下，照明光束119将以在空间上分离的方位角分量及AOI分量被投射到样品112上。然而，在由光束塑形光学器件107重新塑形之后，方位角分量在跨越线107B的方向上有效地减弱为单个方位角值，而AOI分量保留在沿着线107B的方向上。尽管方位角信息已丢失，但这使得能够检测如后文中进一步详细所描述的波长信息。
在一个实施例中，一对柱面镜用来使传入光束塑形为窄线形状。在其它实施例中，柱面透镜、空间光调制器(SLM)、衍射光学元件、狭缝或狭缝群组或其它合适元件用来使光束塑形为窄线形状。
一般来说，传入光束可塑形为任何近似一维形状。取决于特定测量应用因素(例如目标特征、系统像差(标准或场依赖)、晶片形状等)，可考虑其它形状，例如点、弧、曲线或使得能够根据本文中所描述的方法及系统收集同时的角信息及光谱信息的任何其它合适形状。
在由光束塑形光学器件107重新塑形之后，窄线照明光束被引导到照明分束器109。照明分束器109可包含任何合适分束器元件，包含但不限于立方体分束器、金属涂层板、二色性光学涂层板或其它光束分离机构。照明分束器109将经准直的窄线照明的部分引导到物镜111且将另一部分引导到强度监测器110。在一些实施例中，强度监测器110通信地耦合到计算系统130且将总照明强度、照明强度轮廓或两者的指示提供给计算系统130。物镜111在广入射角范围内将经准直的窄线照明引导到样品112的表面。由物镜111收集从样品112的表面反射、衍射及散射的光。
在优选实施例中，物镜111仅包含用来适应由本文中所描述的光谱BPR系统采用的波长的范围的反射光学表面。在一些实例中，采用反射物镜。此物镜具有高NA(例如，NA>0.9)。
在一些实施例中，物镜111的设计可经优化用于基本上一维光束，这是因为如图1中所述，进入物镜111的照明光束的强度横截面是基本上一维的(例如，窄线形状)。
在一些实施例中，多个物镜定位于可移动台(例如，机动物镜旋转台或机动线性物镜转换盘)上。以此方式，可例如由计算系统130以编程方式控制特定物镜的选择。以此方式，不同物镜可用于对不同测量应用提供最佳波长范围及NA范围。
一般来说，高NA物镜111可反射光(即，都为反射表面)、反射折射光(即，反射表面及折射表面两者的组合)或折射光(即，都为折射表面)。
由物镜111收集的光经引导通过光瞳检测路径。所述光瞳检测路径包含将所述收集到的光引导到波长色散元件117的光瞳中继光学器件116。波长色散元件117根据波长跨越二维检测器118的一个维度色散所述收集到的光。波长色散元件117经定向使得二维检测器118的表面上的波长色散的方向垂直于根据AOI的经收集光的色散方向。
对于宽波长范围来说，反射光栅是优选的。光栅密度经选择以实现测量应用的波长分辨率。举例来说，如果在紫外光谱中需要高波长分辨率，那么高密度反射光栅或棱镜是优选的。一般来说，波长色散元件117可包含至少一个弯曲衍射光栅、平面衍射光栅、全息板、棱镜或适于根据波长在空间上色散收集到的光的任何其它元件。
如图1中所描绘，检测器118为二维检测器。在一些实施例中，检测器118为二维电荷耦合装置(2D-CCD)。在一些其它实施例中，检测器118为二维或三维互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。一般来说，检测器118可为具有布置成二维的单独可寻址的像素或其它光学敏感元件的任何检测器。以此方式，可由系统100单独分辨AOI信息及波长信息两者。
另一方面，两个或两个以上波长色散元件及对应检测器可用于集光路径中以同时地或循序地检测信号。每一波长色散元件/检测器对经配置以检测不同波长范围。这可有利于在宽波长范围内进行测量，其中单个检测器及波长色散元件无法以足够准确度跨越整个波长范围进行测量。举例来说，对于紫外到可见范围优化一个色散元件及一个检测器，而对于红外范围优化另一色散元件及检测器。这些检测器能够共同产生在广光谱范围内的测量信号。在一个实例中，需要跨越190纳米与2,300纳米之间的波长范围的测量。在此实例中，波长色散元件及薄型背照式CCD图像传感器(例如，由滨松公司(Hamamatsu Corporation)(日本)制造的薄型背照式CCD图像传感器，型号为S10420)用来执行在190纳米与1,000纳米之间的波长范围中的测量。另一波长色散元件及光电二极管阵列(例如，由滨松公司(日本)制造的InGaAs线性图像传感器，型号为G9207-256W)用来执行在950纳米与2,300纳米之间的波长范围中的测量。
在一些实施例中，级联光谱仪设计用来同时检测在不同波长范围内的测量信号。分选滤光器可经添加以提供较高级信号与较低级信号之间的光谱分离。在一个实施例中，由热镜或冷镜实现波长范围分离。在另一实施例中，使用如在转让给科磊公司(KLA-TencorCorporation)的第8,873,050号美国专利中所描述的用于波长分离及信号检测的级联紫外+红外光谱仪设计实现波长范围分离，所述美国专利的标的物以全文引用的方式并入本文中。
另一方面，一或多个照明孔径定位于光束塑形光学器件前方的照明路径中。在一些实施例中，一或多个切趾器或狭缝定位于照明路径中以减小测量点大小。在一些实施例中，切趾器或狭缝定位于照明路径中以限制测量AOI的范围。
如图1中所描绘，多波长照明光119行进通过定位于光束塑形光学器件107前方的照明路径中。选用的照明孔径104中的孔径可由任何合适装置形成，包含但不限于机械销孔、空间光调制器(SLM)、切趾器以及任何其它光束形成及控制组件或子系统。
在一些实施例中，定位于照明路径中的切趾器用来通过在由光束塑形光学器件107基本上使照明光束重新塑形之前使所述光束衰减而减小测量点大小。在这些实施例中的一些中，切趾器104经选择以使光强度轮廓衰减以减小边缘衍射效应。
在一些实施例中，切趾器104经选择以控制照明NA范围且因此控制可用AOI范围。在一个实例中，在图12A中所描绘，受测量的样品107包含具有500纳米的节距的光栅结构。照明光119包含在190纳米到2,500纳米的范围中的波长分量。在此实例中，切趾器104经选择以将照明AOI范围限于32度到65度内。在此实例中，这实现零级衍射信号收集。图12A描绘在与切趾器104相互作用之前经准直的照明光束119的强度横截面188A。图12A也描绘在与切趾器104相互作用之后经准直的照明光束119的强度横截面188B。如图12A中所描绘，切趾器104通过使光束中心(小AOI)中的照明强度明显衰减来限制照明AOI范围。图12A描绘照明光束在其进入物镜111时的强度横截面188C。如图12A中所说明，切趾器104及由光束塑形光学器件107对强度横截面的“整平”的组合使强度横截面受影响。图12A描绘收集到的光到检测器118上的投影189D。在此实例中，集光孔径115用来阻挡与小于32度的AOI相关联的经收集光束。这有效地阻挡具有非零衍射级的经收集光。因此，检测器118感测在32度到65度的AOI范围内的光(即，AOI区域B及B’，如图12A中所说明)且不感测0度与32度之间的AOI范围内的大量光(即，AOI区域A，说明于图12A中)。
在另一实例中，在图12B中所描绘，切趾器104经选择以将照明AOI范围限于15度到65度内。在此实例中，这也实现零级衍射信号收集。图12B描绘在与切趾器104相互作用之前经准直的照明光束119的强度横截面189A。图12B也描绘在与切趾器104相互作用之后经准直的照明光束119的强度横截面189B。如图12B中所描绘，切趾器104通过使光束中心(小AOI)中的照明强度明显衰减来限制照明AOI范围。图12B描绘照明光束在其进入物镜111时的强度横截面189C。图12B描绘收集到的光到检测器118上的投影189D。在此实例中，集光孔径115用来阻挡与小于15度的AOI相关联的经收集光束。这有效地阻挡具有非零衍射级的经收集光。因此，检测器118感测在15度到65度的AOI范围内的光(即，AOI区域D及D’，在图12B中所说明)且不感测0度与15度之间的AOI范围内的大量光(即，AOI区域C，在图12B中所说明)。
在一些实施例中，照明孔径104为单孔径元件。在一些其它实施例中，照明孔径104为孔径元件阵列。在一些实例中，一或多个孔径元件定位于单自由度运动台或多自由度运动台上。以此方式，可例如由计算系统130以编程方式控制照明路径中的一或多个孔径元件的存在或位置。
尽管如图1中所描绘，系统100包含一或多个照明孔径104，但在一些其它实施例中，照明孔径可不用于光束塑形光学器件107前方的照明路径中。因此，一般来说，照明孔径的使用是任选的。
另一方面，一或多个照明孔径定位于光束塑形光学器件后方的照明路径中。在一些实施例中，照明孔径定位于照明路径中以减小测量点大小。在一些实施例中，照明孔径定位于照明路径中以限制测量AOI的范围。
如图1中所描绘，多波长照明光119行进通过定位于光束塑形光学器件107后方的照明路径中的一或多个照明孔径108。照明光在到达照明分束器109之前行进通过一或多个选用的照明孔径108。在一些实施例中，选用的照明孔径108包含一组照明场光阑及一组照明光瞳光阑。照明视场光阑经配置以选择投射到样品112上的照明点大小。照明光瞳光阑经配置以选择投射到样品112上的照明光瞳。照明视场光阑及光瞳光阑结合其它照明光学器件组件(例如，物镜106)进行操作以实现针对样品112的表面上的最佳光处理量、照明视场及光瞳调谐的照明NA。选用的照明孔径108中的孔径可由任何合适装置形成，所述任何合适装置包含但不限于机械销孔、空间光调制器(SLM)、切趾器以及任何其它光束形成及控制组件或子系统。
在一些实施例中，照明孔径108包含用来控制窄线塑形光束的大小及强度轮廓的窄狭缝或切趾器。在一个实施例中，照明孔径108包含用来如参考图12A到12B所描述那样限制AOI范围的切趾器。以此方式，照明孔径108可结合切趾器104使用或用作切趾器104的替代物。
尽管如图1中所描绘，系统100包含一或多个照明孔径108，但在一些其它实施例中，照明孔径可不用于光束塑形光学器件107后方的照明路径中。因此，一般来说，照明孔径的使用是任选的。
另一方面，一或多个集光孔径定位于物镜111后方的集光路径中。在一些实施例中，集光孔径定位于集光路径中以选择经收集光束的部分供检测器118检测。
如图1中所描绘，收集到的光行进通过定位于物镜111后方的集光路径中的一或多个集光孔径115。收集到的光在到达波长色散元件117及检测器118之前行进通过一或多个选用的集光孔径115。
在参考图12A到12B所描述的实例中，照明切趾器及集光孔径经选择以通过限制AOI范围从样本收集零级经衍射光。举例来说，为了从500纳米节距光栅目标获取零级信号，照明切趾器及集光孔径两者包含用来限制经受检测的AOI范围的中心阻挡件。更具体来说，集光孔径的中心阻挡件有效地阻挡-1级经衍射光到达检测器118。
在另一实施例中，集光孔径115包含用来在由波长色散元件117色散之前进一步减小收集到的光的光束线宽度的窄狭缝。
在一些其它实例中，一或多个照明孔径及一或多个集光孔径经选择以从具有受限AOI范围的样本收集较高级经衍射光。
选用的集光孔径115中的孔径可由任何合适装置形成，所述任何合适装置包含但不限于机械销孔、空间光调制器(SLM)、切趾器以及任何其它光束形成及控制组件或子系统。
在一些实施例中，集光孔径115为单孔径元件。在一些其它实施例中，集光孔径115为孔径元件阵列。在一些实例中，一或多个孔径元件定位于单自由度运动台或多自由度运动台上。以此方式，可例如由计算系统130以编程方式控制集光路径中的一或多个孔径元件的存在或位置。
尽管如图1中所描绘，系统100包含一或多个集光孔径115，但在一些其它实施例中，可不采用集光孔径。因此，一般来说，集光孔径的使用是任选的。
另一方面，空间光调制器(SLM)定位于照明路径、集光路径或两者中。在一些实施例中，所述SLM定位于测量系统的光学光瞳平面中。所述SLM经配置以跨越照明光、经收集光或两者的路径调制振幅、相位分布或两者，以减小波前误差且使光束的振幅及相位分布塑形。另一方面，空间光调制器使得能够跨越照明光束进行相位分布的可编程配置。这可用来校正像差或取消污染信号。通过非限制性实例，透射式液晶显示器(LCD)装置、反射式硅上液晶(LCOS)装置、像素化镜装置及具有连续表面的可变形镜装置中的任何一者可在计量系统的照明路径中用作SLM。可变形镜元件包含可编程表面形状。特定来说，可由一或多个SLM(例如可变形镜阵列)补偿起因于物镜111、切趾器104、光束塑形元件107的柱面镜及其它光学组件的光学像差。
另一方面，偏振元件定位于物镜前方的照明路径中。在一些实施例中，所述偏振元件定位于光束塑形光学器件前方。在一些其它实施例中，所述偏振元件定位于所述光束塑形光学器件与所述物镜之间。
另一方面，检偏器元件定位于所述物镜后方的集光路径中。
如图1中所描绘，多波长照明光119行进通过偏振器105，且收集到的光行进通过检偏器114。在一些实施例中，偏振器105为固定或选用的偏振元件。在一些实施例中，偏振器105及检偏器114安装于旋转台上。所述旋转台例如受计算系统130控制，以移动到所期望偏振角或偏振角序列，且以每一偏振角收集测量信号。替代地，可采用其它偏振控制机构。举例来说，可实施由通道分离或偏振控制机构(例如，索累-巴比内(soleil babinet)补偿器、波板、液晶偏振控制器或其它电光偏振控制器)对偏振分量的同时测量。
在一些其它实施例中，偏振器105为旋转偏振元件。在这些实施例中，偏振器105以恒定速度旋转，且以预定义帧速率获取检测器信号。在这些实施例中，系统100操作为多AOI光谱椭偏仪(SE)。
另一方面，补偿器(例如，补偿器106)添加于偏振器后方的照明路径中且另一补偿器(例如，补偿器113)添加于检偏器前方的集光路径中。如果偏振器及收集侧补偿器在数据获取期间连续旋转，那么计量系统操作为多AOI旋转偏振器-旋转补偿器(RPRC)系统。如果偏振器保持于固定位置处且照明侧补偿器及收集侧补偿器两者在数据获取期间旋转，那么所述系统操作为多AOI旋转偏振器-旋转补偿器(RCRC)系统。
尽管如图1中所描绘，系统100包含偏振器105、检偏器107、补偿器106及补偿器113，但在一些其它实施例中，可不采用这些元件中的任何一者或所有者。因此，一般来说，这些元件的使用是任选的。
如前文中所描述，一组照明孔径(在光束塑形光学器件前方、在光束塑形光学器件后方或两者)经选择以界定样品上的照明点大小。此外，在一些实施例中，所述组照明孔径与一组集光孔径配对以界定由光瞳检测器检测的AOI的范围。所述组照明孔径及所述组集光孔径可固定或可编程的，且可基于实体孔径、SLM或任何其它合适选择性机构。
图9A到9C描绘三个示范性测量应用的照明及集光孔径选择。
图9A描绘用于具有小节距(即，节距<136纳米)的光栅目标的CD信号的零级测量或薄膜的零级测量的光谱BPR系统中的光束强度轮廓的若干图。在此实例中，波长范围从近似260纳米到近似800纳米。
图9A描绘在与光束塑形光学器件107相互作用之前经准直的照明光束119的强度横截面180A。图9A也描绘在与光束塑形光学器件107相互作用之后经准直的照明光束119的强度横截面180B。在此实例中，照明孔径108或集光孔径115未进行阻挡。因此，进入物镜111的强度横截面180C及进入波长色散元件117的强度横截面180D反射由光束塑形光学器件107强加的窄线光束形状。
图9B描绘用于具有相对较大节距(即，在136纳米与500纳米之间的节距)的光栅目标的CD信号的零级测量的光谱BPR系统中的光束强度轮廓的若干图。在此实例中，波长范围从近似190纳米到近似800纳米。
图9B描绘在与光束塑形光学器件107相互作用之前经准直的照明光束119的强度横截面181A。图9B也描绘在与光束塑形光学器件107相互作用之后经准直的照明光束119的强度横截面181B。在此实例中，照明孔径108经配置以阻挡小于32度的AOI。在与照明孔径108相互作用之后，进入物镜111的强度横截面181C反射此阻挡。类似地，集光孔径115经配置以阻挡小于32度的AOI。在与集光孔径115相互作用之后，进入波长色散元件117的强度横截面181D反射此阻挡。这有效地阻挡具有非零衍射级的经收集光。因此，检测器118感测大于32度的AOI的光。
图9C描绘用于具有相对较大节距的叠加结构的第一级测量(也称为散射测量叠加测量)的光谱BPR系统中的光束强度轮廓的若干图。
图9C描绘在与光束塑形光学器件107相互作用之前经准直的照明光束119的强度横截面182A。图9C也描绘在与光束塑形光学器件107相互作用之后经准直的照明光束119的强度横截面182B。在此实例中，照明孔径108经配置以阻挡大于12度的AOI。在与照明孔径108相互作用之后，进入物镜111的强度横截面182C反射此阻挡。相反地，集光孔径115经配置以阻挡小于12度的AOI。在与集光孔径115相互作用之后，进入波长色散元件117的强度横截面182D反射此阻挡。所述集光孔径有效地阻挡具有非零衍射级的经收集光。因此，检测器118感测具有大于12度的AOI之光，其在此实例中包含-1级及+1级经衍射光。
另一方面，定位于照明路径中的光束塑形光学器件经配置以使窄线光束照明旋转到所期望方位角。如前文中所描述，光束塑形光学器件(例如，光束塑形光学器件107)将方位角照明分量有效地缩减到单个方位角值。然而，通过使所述窄线光束照明绕着光束轴有效地旋转，所述有效方位角改变。对于一些二维测量目标(例如CD线空间光栅)及一些三维测量目标(例如复杂翼片结构)，测量敏感度在照明以一或多个特定方位角提供给目标时得以改进。
在一个实施例中，光束塑形光学器件107包含SLM，所述SLM经配置以接收经准直的照明光119且产生以可编程照明方位角相对于受测量的样本定向的窄线光束。
在一些实施例中，另一SLM定位于集光路径中以对于光束方位角的任何改变，维持收集光束相对于波长色散元件117及检测器118的定向。计算系统130经配置以协调照明SLM及收集SLM的状态的改变以对于光束方位角的任何改变维持角对准。在一些其它实施例中，投射到检测器上的图像通过软件旋转以解决由方位角改变引发的旋转。
在另一实施例中，如图1中所描绘的光束塑形光学器件107包含每一安装到旋转运动台的一对柱面镜。每一旋转运动台例如受计算系统130控制，以改变柱面镜的定向以实现与窄线光束相关联的所期望方位角。以此方式，系统100经配置以相对于样本改变照明光束方位角。
在一些实施例中，波长色散元件117及检测器118也安装到旋转运动台以维持波长色散元件及检测器相对于收集光束的定向。计算系统130经配置以协调柱面镜、波长色散元件117及检测器118的运动以对于光束方位角的任何改变维持角对准。旋转运动台可由压电发动机、伺服发动机或任何其它合适旋转致动系统驱动。在一些其它实施例中，投射到检测器上的图像通过软件旋转以考虑由方位角改变引发的旋转。
在另一实施例中，如图3中所描绘的光束塑形光学器件121定位于光谱BPR系统的共同路径中。光束塑形光学器件121包含各自安装到旋转运动台的一对柱面镜。每一旋转运动台例如受计算系统130控制，以改变柱面镜的定向以实现与窄线光束相关联的所期望方位角。以此方式，系统300经配置以相对于样本改变照明光束方位角。
在此实施例中，光束形状在返回行进通过光束塑形光学器件121之后恢复为圆形光束。定位于集光路径中的额外光束塑形光学器件120在所述圆形光束色散到检测器118上之前将所述圆形光束重新塑形为窄线形状光束。
图10A到C描绘与三个不同示范性方位角选择相关联的光束强度轮廓。
图10A描绘对于零度方位角，光谱BPR系统中的光束强度轮廓的若干图。经准直的照明光束119的强度横截面183A描绘在与光束塑形光学器件107相互作用之前所述照明光束的光束轮廓强度。强度横截面183B描绘在与光束塑形光学器件107相互作用之后所述照明光束的光束轮廓强度。出于解释目的，图10A中所描绘的照明光束方位角可定义为零度方位角。物镜111的入口处的强度横截面183C及波长色散元件117的入口处的强度横截面183D反射零度方位角。
图10B描绘对于90度方位角，光谱BPR系统中的光束强度轮廓的若干图。经准直的照明光束119的强度横截面184A描绘在与光束塑形光学器件107相互作用之前所述照明光束的光束轮廓强度。强度横截面184B描绘在与光束塑形光学器件107相互作用之后所述照明光束的光束轮廓强度。在此实例中，光束塑形光学器件107的配置经改变使得照明光束方位角相对于参考图10A所描述的零度方位角成90度。物镜111的入口处的强度横截面184C及波长色散元件117的入口处的强度横截面184D反射90度方位角。
图10C描绘对于45度方位角，光谱BPR系统中的光束强度轮廓的若干图。经准直的照明光束119的强度横截面185A描绘在与光束塑形光学器件107相互作用之前所述照明光束的光束轮廓强度。强度横截面185B描绘在与光束塑形光学器件107相互作用之后所述照明光束的光束轮廓强度。在此实例中，光束塑形光学器件107的配置经改变使得照明光束方位角相对于参考图10A所描述的零度方位角成45度。物镜111的入口处的强度横截面185C及波长色散元件117的入口处的强度横截面185D反射45度方位角。
如前文中所描述，在一些实施例中，光束塑形光学器件定位于照明路径中以使窄线光束照明旋转到所期望方位角。并且，在一些实施例中，如前文中所描述，一组照明孔径与一组集光孔径配对以界定由光瞳检测器检测的AOI的范围。一般来说，光谱BPR系统(例如系统100)可经配置用于方位角选择及AOI选择两者。
图11A到B描绘与两个不同方位角选择及AOI选择相关联的光束强度轮廓。
图11A描绘对于零度方位角，光谱BPR系统中的光束强度轮廓的若干图。经准直的照明光束119的强度横截面186A描绘在与光束塑形光学器件107相互作用之前所述照明光束的光束轮廓强度。强度横截面186B描绘在与光束塑形光学器件107相互作用之后所述照明光束的光束轮廓强度。出于解释目的，图11A中所描绘的照明光束方位角可定义为零度方位角。在此实例中，照明孔径108经配置以阻挡小于32度的AOI。在与照明孔径108相互作用之后，进入物镜111的强度横截面186C反射此阻挡。类似地，集光孔径115经配置以阻挡小于32度的AOI。在与集光孔径115相互作用之后，进入波长色散元件117的强度横截面186D反射此阻挡。这有效地阻挡具有非零衍射级的经收集光。因此，检测器118以零度方位角感测小于32度的AOI的光。
图11B描绘对于90度方位角，光谱BPR系统中的光束强度轮廓的若干图。经准直的照明光束119的强度横截面187A描绘在与光束塑形光学器件107相互作用之前所述照明光束的光束轮廓强度。强度横截面187B描绘在与光束塑形光学器件107相互作用之后所述照明光束的光束轮廓强度。在此实例中，光束塑形光学器件107的配置经改变使得照明光束方位角相对于参考图11A所描述的零度方位角成90度。如参考图11A所述，照明孔径108经配置以阻挡小于32度的AOI。在与照明孔径108相互作用之后，进入物镜111的强度横截面187C反射此阻挡。类似地，集光孔径115经配置以阻挡小于32度的AOI。在与集光孔径115相互作用之后，进入波长色散元件117的强度横截面187D反射此阻挡。这有效地阻挡具有非零衍射级的经收集光。因此，检测器118以90度方位角感测大于32度的AOI的光。
另一方面，光谱BPR系统经配置以沿着AOI方向扫描照明光束以使得能够映射光瞳平面。另一方面，此光瞳扫描机构也可与扫描视场平面的第二扫描机构互补，以使得能够平均化目标噪声，减小相干效应及改进准确度。
如图1中所描绘，扫描镜143定位于光束塑形光学器件前方的照明路径中。所述扫描镜安装于尖端/倾斜运动台(例如，压电驱动台)上。所述尖端/倾斜运动台经配置以通过改变AOI范围而跨越样品引导平面中的照明。在测量特征在于相对较大节距特征(例如CD光栅或SCOL光栅)的周期性结构时，运用所述扫描镜引导照明光束用来选择最佳AOI范围。
图13描绘归因于扫描镜143的定向改变，光谱BPR系统中的光束强度轮廓的移位的若干图。强度横截面190A描绘对于所述扫描镜的给定定向，在进入到物镜111中之前照明光束的光束轮廓强度。强度横截面190B描绘进入波长色散元件117的收集光束的光束轮廓强度。强度横截面190C描绘对于所述扫描镜的不同定向，在进入到物镜111中之前照明光束的光束轮廓强度。如图13中所说明，这导致在AOI方向上跨越物镜111的窄线光束的移位。强度横截面190D描绘进入波长色散元件117的收集光束的光束轮廓强度。如所说明，所述窄线光束的移位也导致在AOI方向上跨越波长色散元件117及最终检测器118的经收集光束的移位。这导致物镜照明光瞳中可见的AOI的范围的改变。
尽管如图1中所描绘，系统100包含扫描镜143，但在一些其它实施例中，在光束塑形光学器件107前方的光学路径中可不采用扫描镜。因此，一般来说，扫描镜的使用是任选的。
测量信号(例如，图1中所描绘的测量信号135)可用于测量临界尺寸(CD)、薄膜特性化、叠加测量、焦点调整、光学系统校准及诊断或任何其它合适计量。光谱BPR光瞳信号135包含在大波长范围及AOI范围内的样本信息。每一像素处的检测器信号表示特定AOI及波长的散射测量信号。因此，在一些实施例中，与所述像素的子集相关联的信号经选择用于测量分析。可取决于测量应用(例如，CD、TF、叠加、焦点/剂量等)选择不同子集。此外，不同权重可指派给不同像素数据(即，特定波长及AOI)。信号响应计量(SRM)方法或单参数隔离(SPI)方法可用来选择最适于特定测量应用的像素信号的子集。在其它实施例中，所有所述信号用于测量分析。
另一方面，来自其它测量模块的测量信号可包含于组合测量分析中以估计所关注参数的值，所述测量模块例如旋转偏振器光谱椭偏仪(RPSE)、旋转检偏器光谱椭偏仪(RASE)、旋转补偿器光谱椭偏仪(RCSE)、旋转偏振器-旋转补偿器光谱椭偏仪(RPRC SE)、旋转补偿器-旋转补偿器光谱椭偏仪(RCRC SE)、激光驱动光谱反射计(LDSR)、一维光束轮廓反射计(1D-BPR)、二维光束轮廓反射计(2D-BPR)等。
另一方面，光谱BPR系统包含两个波长色散元件及两个对应检测器，每一检测器经配置以检测收集到的光束的不同偏振分量。
图2说明用于根据本文中所提出的示范性方法测量样品的特性的系统200。相同编号的元件类似于参考图1中所描绘的系统100所描述的元件。
如图2中所描绘，系统200在集光路径中包含偏振分束器122，而非检偏器。偏振分束器122将收集到的光分离成所述光的p偏振分量及s偏振分量。每一偏振分量被引导到单独波长色散元件及检测器(即，波长色散元件117及检测器118以及波长色散元件123及检测器124)。以此方式，系统200经配置以同时检测两个不同偏振且产生分别与每一偏振分量相关联的光谱BPR信号135及136。
另一方面，光谱BPR系统在共同路径及集光路径中包含光束塑形光学器件。以此方式，光束形状仅在进入物镜及任何波长色散元件之前为窄线形状。
图3说明用于根据本文中所提出的示范性方法测量样品的特性的系统300。相同编号的元件类似于参考图1中所描绘的系统100所描述的元件。
如图3中所描绘，光束塑形光学器件121定位于由照明路径及集光路径两者共享的共同路径中。如图3中所描绘，光束塑形光学器件121经配置以将传入照明光束重新塑形为窄线形状。在与样品112相互作用之后，收集到的光束行进通过光束塑形光学器件121且光束塑形光学器件将收集到的光束从窄线形状重新塑形为圆形形状。
此外，光束塑形光学器件120定位于波长色散元件117前方的集光路径中。光束塑形光学器件120再次将收集到的光束从圆形形状重新塑形为适于由波长色散元件117色散到检测器118上的窄线形状，如前文中所描述。
在此实施例中，光束形状仅在进入物镜111及波长色散元件117之前为窄线形状。除此之外，光束形状在行进通过其它光学组件(例如偏振器、检偏器、补偿器、照明孔径、集光孔径等)时为圆形。
另一方面，光谱BPR系统包含两个波长色散元件及两个对应检测器。一个检测器经配置以执行受测量的样品的光瞳测量。另一检测器经配置以执行相同样品的视场测量。
图4说明用于根据本文中所提出的示范性方法测量样品的特性的系统400。相同编号的元件类似于参考图1中所描绘的系统100所描述的元件。
如图4中所描绘，除光瞳检测器118外，系统400也包含视场检测器127。视场检测器127在多个样本或样本位置处获取在宽波长范围内的反射信号。在集光路径中，分束器125使测量光束分离。分束器125可包含任何合适光束分离元件，包含但不限于立方体分束器、金属涂层板、二色性光学涂层板或其它光束分离机构。所述测量光束的部分经引导朝向波长色散元件117及光瞳检测器118。所述测量光束的另一部分经引导朝向波长色散元件126及视场检测器127。由聚焦光学器件145使所述光束聚焦。在光束聚焦位置处，波长色散元件126根据波长沿着二维检测器127的一个维度色散所述光束。样本位置沿着二维检测器127的另一维度色散。每一像素处的信号表示在特定样本位置处且以特定波长的反射。这些信号137传达到计算系统130用于测量分析。通过非限制性实例，检测到的光谱可用于测量临界尺寸(CD)、薄膜特性化、叠加测量、基于零级信号的焦点调整、光学系统校准及诊断或任何其它合适计量。在一些实例中，基于视场测量信号137同时测量多个目标。
在一些实施例中，视场集光路径包含用来选择投射到视场信号检测器127上的信号的一组集光孔径。在一些实例中，较高级场信号经选择以投射到视场信号检测器127上。选用的场集光孔径中的孔径可由任何合适装置形成，包含但不限于机械销孔、空间光调制器(SLM)、切趾器以及任何其它光束形成及控制组件或子系统。
在一些实施例中，采用滑动镜或内翻镜而非分束器125。在此实施例中，通过例如在计算系统130的控制下选择性地将所述滑动镜移入及移出收集光束路径而循序地执行视场测量及光瞳测量。
在一些实施例中，分束器125将收集到的光束的部分转移到聚焦光学器件145以直接成像到二维成像检测器上。在这些实施例中，所得晶片视场图像可用于测量目的、图案辨识、基于图像的聚焦或其任何组合。
另一方面，来自光瞳检测器118及视场检测器127的组合数据用来估计所关注参数的值或执行诊断测试。在一些实施例中，视场测量信号及光瞳测量信号两者被同时检测且经处理以估计一或多个结构或工艺参数值且特性化测量质量。在一些实施例中，视场测量信号经处理以估计一或多个结构或工艺参数值，且光瞳测量信号经处理以特性化视场测量条件。在一些其它实施例中，光瞳测量信号经处理以估计一或多个结构或工艺参数值，且视场测量信号经处理以特性化光瞳测量条件。
在测量系统的视场平面处或附近检测视场测量信号。所述测量系统的视场平面与受测量的样品的表面共轭。在所述测量系统的光瞳平面处或附近检测光瞳平面测量信号。所述光瞳平面为所述视场平面的傅里叶变换且与物镜的极限孔径共轭。一般来说，在所述测量系统的视场平面中的不同位置处检测从受测量的样品的表面上的不同位置处反射、衍射或散射的光，而不管收集角为多少。相比之下，在所述测量系统的光瞳平面中的不同位置处检测从受测量的样品的表面以不同角反射、衍射或散射的光，而不管所述样品表面上的光相互作用的位置在何处。
在一些实施例中，同时检测视场测量信号及光瞳测量信号两者。所述检测到的信号经迭代处理以估计一或多个结构或工艺参数值。更具体来说，基于运用光瞳测量模型对光瞳测量信号的迭代回归及运用视场测量模型对视场测量信号的回归确定与至少一个测量目标相关联的至少一个结构或工艺参数的值。
在一个实施例中，在迭代回归分析中，计算系统130基于光谱BPR信号135确定CD参数的估计且基于视场信号137确定膜堆叠参数(例如，膜厚度)的估计。
在此实例中，CD测量模型包含关于所关注CD参数的计量目标的参数化。此外，所述CD测量模型包含测量工具自身的参数化(例如，波长、入射角、偏振角等)。类似地，所述膜堆叠测量模型包含关于所关注膜堆叠参数(例如，膜厚度)的计量目标的参数化。此外，所述膜堆叠测量模型包含测量工具自身的参数化。此外，模拟近似法(例如，切块、严格耦合波分析(RCWA)等)经小心地执行以避免引入过大误差。界定离散化及RCWA参数。
机器参数(Pmachine)为用来特性化计量工具自身的参数。示范性机器参数包含入射角(AOI)、检偏器角(A0)、偏振器角(P0)、照明波长、数值孔径(NA)等。样品参数(Pspecimen)为用来特性化样品的几何及材料性质的参数。对于薄膜样品，示范性样品参数包含反射率、电介质函数张量、所有层的标称层厚度、层序列等。
出于测量目的，多目标模型的机器参数被视为已知的固定参数且所述测量模型的样品参数或样品参数子集被视为未知的浮动参数。通过产生理论预测与经测量数据之间的最佳拟合的拟合过程(例如，回归、程序库匹配等)分辨所述浮动参数。改变未知样品参数Pspecimen且计算模型输出值直到确定样品参数值集为止，其导致所述模型输出值与经测量值之间的接近匹配。
在迭代回归分析中，计算系统130使经测量的光瞳信号拟合CD测量模型以达到经估计的CD参数值。存在于所述CD测量模型中的膜堆叠参数在此回归期间浮动。接着，计算系统130使经测量的视场信号拟合膜堆叠模型以达到经估计的膜堆叠参数值(例如，膜厚度)。存在于所述膜堆叠模型中的CD参数值固定于由光瞳信号到所述CD测量模型的先前回归确定的值。随后，计算系统130使经测量的光瞳信号再次拟合CD测量模型以达到所述CD参数值的经更新估计。在此迭代时，存在于所述CD测量模型中的膜堆叠参数固定于由视场信号到所述膜堆叠模型的先前回归确定的值。此迭代继续进行直到参数估计达到足够准确度为止。
另一方面，同时检测视场测量信号及光瞳测量信号两者。在组合分析中，所述检测到的信号经处理以估计一或多个结构或工艺参数值。在这些实例中，测量模型为对于光瞳测量及视场测量两者连结计量目标的结构参数、材料参数或结构参数及材料参数的组合的组合测量模型。
另一方面，光谱BPR系统在物镜前方的测量路径中包含光束组合元件128。自动聚焦探测光束、图案辨识探测光束或两者的组合在进入物镜之前与照明光束组合。类似地，自动聚焦信号光束、图案辨识信号光束或两者的组合在离开物镜之后从收集光束提取。光束组合元件128相对于测量路径固定于适当位置中，从而增大可靠度及准确度。由于测量光束及自动聚焦光束两者同时探测样本，所以系统500能够获取测量数据，同时所述自动聚焦系统持续参与焦点测量。这改进信号质量且减少聚焦时间。
图5说明用于根据本文中所提出的示范性方法测量样品的特性的系统500。相同编号的元件类似于参考图1中所描绘的系统100所描述的元件。
如本文中所述，物镜前方的照明光束及收集光束为窄线塑形光束。这允许自动聚焦探测光束146、图案辨识探测光束147或两者在进入高NA物镜之前与测量光束组合。
自动聚焦子系统141产生通过分束器129及光学组合元件128引导到物镜111的自动聚焦探测光束146。通过相同路径将由物镜111响应于自动聚焦探测光束146收集的光返回到自动聚焦子系统141。基于接收到的信号，自动聚焦子系统141产生传达到计算系统130的自动聚焦信号138。在一个实例中，计算系统130致使样品112的焦点位置基于自动聚焦信号138而改变。
类似地，图案辨识子系统142产生通过分束器129及光学组合元件128引导到物镜111的图案辨识探测光束147。通过相同路径将由物镜111响应于图案辨识探测光束147收集的光返回到自动聚焦系统142。基于接收到的信号，图案辨识子系统142产生传达到计算系统130的图案辨识信号139(例如，图像)。在一个实例中，计算系统130致使样品112的位置基于图案辨识信号139而改变。以此方式，图案辨识信号139用来在样品112的表面上行进。
如图5中所描绘，系统500在物镜111前方的共同路径中包含光学组合元件128。
在一些实施例中，光学组合元件128为具有窄线塑形空隙的窄折叠镜。所述窄折叠镜可通过两个或四个个别镜单元的共面对准而制成。替代地，在运用反射层涂布之前，在单个玻璃衬底上切割一或两个狭槽。图7A到7C描绘作为光学组合元件128的半折叠镜150。图7A描绘具有圆形轮廓的光束轮廓151。此轮廓表示自动聚焦光束、图案辨识光束或两者。如图7A中所描绘，由半折叠镜150反射光束轮廓151的重要部分。图7B描绘表示照明光束轮廓、收集光束轮廓或两者的窄线光束轮廓152。如图7B中所描绘，窄光束轮廓152的所有行进通过半折叠镜150中的空隙。图7C描绘与半折叠镜150相互作用的窄线光束轮廓152及圆形光束轮廓151的组合。
图7D到7F描绘作为光学组合元件128的四单元折叠镜155。图7D描绘具有圆形轮廓的光束轮廓156。如图7D中所描绘，由四单元镜155反射光束轮廓156的重要部分。图7E描绘表示照明光束轮廓、收集光束轮廓或两者的窄线光束轮廓157。如图7E中所描绘，窄光束轮廓157的所有行进通过四单元折叠镜155中的空隙。图7F描绘与四单元折叠镜155相互作用的窄线光束轮廓157及圆形光束轮廓156的组合。
在一些其它实施例中，光学元件128为平坦窄镜。图8A到8C描绘作为光学组合元件128的窄线塑形镜160。图8A描绘具有圆形轮廓的光束轮廓161。此轮廓表示自动聚焦光束、图案辨识光束或两者。如图8A中所描绘，光束轮廓161的重要部分行进通过窄线塑形镜160。图8B描绘表示照明光束轮廓、收集光束轮廓或两者的窄线光束轮廓162。如图8B中所描绘，由窄线塑形镜160反射窄光束轮廓162的所有。图8C描绘与窄线塑形镜160相互作用的窄线光束轮廓162及圆形光束轮廓161的组合。
图8D到8F描绘作为光学组合元件128的窄交叉塑形镜165。图8D描绘具有圆形轮廓的光束轮廓166。此轮廓表示自动聚焦光束、图案辨识光束或两者。如图8D中所描绘，光束轮廓166的重要部分行进通过窄交叉塑形镜165。图8E描绘表示照明光束轮廓、收集光束轮廓或两者的窄线光束轮廓167。如图8E中所描绘，由窄交叉塑形镜165反射窄光束轮廓167的所有。图8F描绘与窄交叉塑形镜165相互作用的窄线光束轮廓167及圆形光束轮廓166的组合。
如图5中所描绘，系统500在物镜111前方的共同路径中包含光学组合元件128，使得测量光束行进通过光学组合元件128。此配置适于参考图7A到7F所描述的窄折叠镜设计。如果物镜111经重新定向使得自动聚焦光束及图案辨识光束直接行进通过光束组合元件128且由光束组合元件128而使测量光束转向，那么参考图8A到8F所描述的窄镜设计也可实施为系统500的部分。
另一方面，超光谱检测器用来检测光谱光束轮廓计量系统的光谱分量。
图6说明用于根据本文中所提出的示范性方法测量样品的特性的系统600。相同编号的元件类似于参考图1中所描绘的系统100所描述的元件。
系统600包含作为光瞳检测器的超光谱检测器144。检测器144经配置以由所述检测器的穿透深度(垂直检测器)、折射率或另一波长相依性质测量波长分量。在一些实施例中，CMOS超光谱检测器144测量两个维度(例如，跨越所述检测器的面)的方位角及AOI且分辨正交于两个平面维度(例如，到所述检测器中的深度)的第三维度中的波长信息。在一些其它实施例中，所述超光谱检测器的面上中的每一“像素”为包含使传入光扩散到数个不同光敏感元件上的小光栅结构的光谱仪。一般来说，超光谱检测器可用作使用如参考图1到5所描述的波长色散元件及检测器的替代物，或超光谱检测器可用来补充这些系统。
图14说明适于由计量系统(例如分别在图1到5中所说明的计量系统100、200、300、400及500)实施的方法700。一方面，应认识到，可经由由计算系统130或任何其它通用计算系统的一或多个处理器执行的预编程算法执行方法700的数据处理块。在本文中应认识到，前述计量系统中的任何一者的特定结构方面不表示限制且应被解释为仅是说明性的。
在框701中，例如由照明源101提供具有多个波长的照明光束。光束强度横截面是二维的。
在框702中，例如由光束塑形元件107对所述照明光束重新塑形，使得所述经重新塑形的照明光束具有近似一维的光束强度横截面。
在框703中，运用所述经重新塑形的照明光束照明样品的表面上的测量位点。
在框704中，例如响应于在入射角范围内照明所述测量位点，由物镜111从所述测量位点收集光。
在框705中，例如由波长色散元件117根据入射角透射所述收集到的光。
在框706中，例如由波长色散元件117根据波长色散所述收集到的光。
在框707中，沿着第一二维检测器(例如检测器118)的第一维度检测所述所透射的经收集光。
在框708中，沿着所述第一二维检测器(例如检测器118)的第二维度检测所述所色散的经收集光。
应认识到，可由单计算机系统130或替代地多计算机系统130实施贯穿本文所述中的各种步骤。此外，本文中所描述的光谱光束轮廓计量系统的不同子系统可包含适于实施本文中所描述的步骤的至少一部分的计算机系统。因此，前文描述不应被解释为对本发明的限制但应被解释为对本发明的说明。此外，一或多个计算系统130可经配置以执行本文中所描述的方法实施例中的任何一者的任何其它步骤。
此外，计算机系统130可以所述领域中已知的任何方式通信地耦合到本文中所描述的光谱光束轮廓计量系统的检测器。举例来说，一或多个计算系统130可耦合到与系统100的检测器相关联的计算系统。在另一实例中，所述检测器可直接受耦合到计算机系统130的单计算机系统控制。
计量系统100的计算机系统130可经配置以由可包含有线及/或无线部分的传输媒体从所述系统的子系统(例如，检测器118等)接收及/或获取数据或信息。以此方式，所述传输媒体可用作系统100的计算机系统130与其它子系统之间的数据链路。
系统100的计算机系统130可经配置以由可包含有线及/或无线部分的传输媒体从其它系统接收及/或获取数据或信息(例如，测量结果、建模输入、建模结果等)。以此方式，所述传输媒体可用作计算机系统130与其它系统(例如，板上存储器计量系统100、外部存储器或其它外部系统)之间的数据链路。举例来说，计算系统130可经配置以经由数据链路从存储媒体(即，存储器132或外部存储器)接收测量数据。举例来说，使用检测器118获得的光谱测量结果可存储于永久性或半永久性存储器装置(例如，存储器132或外部存储器)中。就此而言，可从板上存储器或从外部存储器系统导入光谱结果。此外，计算机系统130可经由传输媒体将数据发送到其它系统。举例来说，由计算机系统130确定的参数值140可经传达并存储于外部存储器中。就此而言，测量结果可导出到另一系统。
计算系统130可包含但不限于个人计算机系统、主计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或所属领域中已知的任何其它装置。一般来说，术语“计算系统”可在广义上定义为涵盖具有执行来自存储器媒体的指令的一或多个处理器的任何装置。
可通过传输媒体(例如导线、电缆或无线传输链路)传输实施例如本文中所描述的方法的程序指令134。举例来说，如图1中所说明，存储于存储器132中的程序指令134经由总线133传输到处理器131。程序指令134存储于计算机可读媒体(例如，存储器132)中。示范性计算机可读媒体包含只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘或磁带。
典型半导体计量(例如光谱椭偏测量)涉及零级经衍射光的收集及分析。然而，另一方面，具有不同于零级的衍射级的经衍射光经收集及分析以确定指示由多图案化过程引发的几何误差的至少一个结构参数的值。在一些实施例中，不同于零级的单衍射级(例如，-1或1)经收集及分析以确定指示由单或多图案化过程引发的几何误差的至少一个结构参数的值。
由方程式(1)给定入射角与零级角之间的关系，其中θAOI为照明光的入射角且θ0th为零级角。
θAOI＝-θ0th (1)
-1级数值孔径与零级数值孔径、照明光波长λ及光栅结构节距P相关，如由方程式(2)给定。
在一些其它实施例中，固态浸没技术可用来使以较高级(例如，不同于零级的任何级)衍射的光包含于系统光瞳内。以此方式，相同检测器可用来甚至对于不具有大集合NA的系统检测零级经衍射光及更高级经衍射光两者。
另一方面，照明光束的短波长分量用来基于结构对短波长照明的响应强调所述结构是否为周期性。足够短照明波长使得能够捕捉本将容易消散的1级衍射元件。一般来说，需要尽可能多地减小与照明光相关联的波长以增强对小节距结构的测量敏感度。因此，在一些实施例中，可需要真空紫外照明光。
在一些实施例中，可需要采用孔径以根据衍射级使收集到的光分离，即，使集合中的“0”与“-1”分离。如果照明模式及收集模式使得“0”级及“-1”级重叠且相互干扰，那么可需要对光栅实施光束扫描以评估条纹可见度且确定1级强度。
一般来说，较高级经衍射光的检测无须在光瞳平面中；也可实施晶片平面测量。
另一方面，来自多个目标的测量数据经收集用于测量。在一些实例中，与多个目标相关联的测量数据的使用消除或明显减小下层对测量结果的影响。在一个实例中，来自两个目标的测量信号经缩减以消除或明显减小下层对每一测量结果的影响。与多个目标相关联的测量数据的使用增加嵌入于模型中的样本及工艺信息。
另一方面，来自可见于装置上或刻划道内的测量目标及协助目标两者的测量数据经收集用于测量。
在一些实例中，本文中所描述的测量方法实施为可购自美国加利福尼亚州苗必达市美国科磊公司的
Figure GDA0001309907970000241
光学临界尺寸计量系统的要素。
在一些其它实例中，例如，由实施可购自美国加利福尼亚州苗必达市美国科磊的
Figure GDA0001309907970000242
软件的计算系统脱机实施本文中所描述的测量方法。
在另一实例中，本文中所描述的方法及系统可应用于叠加计量。光栅测量与叠加测量特别相关。叠加测量的物镜用来确定不同光刻曝光步骤之间的移位。在装置上执行叠加计量是困难的，这是归因于装置上结构的小尺寸及通常小的叠加值。
例如，典型刻划道叠加计量结构的节距从200纳米变为2,000纳米。但是，装置上叠加计量结构的节距通常为100纳米或更小。此外，在标称生产环境中，装置叠加为装置结构的周期性的仅一小部分。相比之下，用于散射测量叠加中的代理计量结构通常以较大值偏移(例如，节距的四分之一)以增强对叠加的信号敏感度。
在这些条件下，运用对小偏移、小节距叠加具有足够敏感度的传感器架构执行叠加计量。本文中所描述的方法及系统可用来基于装置上结构、代理结构或两者获得对叠加敏感的测量信号。
一般来说，用于执行本文中所提出的半导体计量的方法及系统可直接应用于定位于裸片中或定位于刻划道内的实际装置结构或专用计量目标(例如，代理结构)。
另一方面，本文中所描述的测量结果可用来将主动回馈提供给工艺工具(例如，光刻工具、蚀刻工具、沉积工具等)。举例来说，使用本文中所描述的方法确定的结构或工艺参数的值可传达到光刻工具以调整光刻系统以实现所期望输出(例如，焦点及剂量)。以类似方式，蚀刻参数(例如，蚀刻时间、扩散率等)或沉积参数(例如，时间、浓度等)可包含于测量工具中以将主动回馈分别提供给蚀刻工具或沉积工具。
如本文中所述，术语“波长色散元件”包含以任何方式(无论是线性还是非线性)根据波长分离传入光的任何色散元件。根据此定义，出于本专利文件的目的，常常所称的“能量色散”元件包含为波长色散元件。
如本文中所述，术语“临界尺寸”包含结构的任何临界尺寸(例如，底部临界尺寸、中间临界尺寸、顶部临界尺寸、侧壁角、光栅高度等)、任何两个或两个以上结构之间的临界尺寸(例如，两个结构之间的距离)及两个或两个以上结构之间的位移(例如，覆盖光栅结构之间的叠加位移等)。结构可包含三维结构、图案化结构、叠加结构等。
如本文中所述，术语“临界尺寸应用”或“临界尺寸测量应用”包含任何临界尺寸测量。
如本文中所述，术语“计量系统”包含至少部分用来在任何方面中特性化样品的任何系统，包含测量应用，例如临界尺寸计量、叠加计量、焦点/剂量计量及组合物计量。然而，此类技术术语不限制如本文中所描述的术语“计量系统”的范围。此外，计量系统100可经配置以测量图案化晶片及/或未图案化晶片。所述计量系统可配置为LED检验工具、边缘检验工具、背侧检验工具、宏检验工具或多模式检验工具(同时涉及来自一或多个平台的数据)及受益于基于临界尺寸数据的系统参数校准的任何其它计量或检验工具。
本文中描述用于可用于处理样品的半导体处理系统(例如，检验系统或光刻系统)中的每一个实施例。术语“样品”在本文中用来指代晶片、主光罩或可由所属领域中已知的方式处理(例如，打印或检验缺陷)的任何其它样本。
如本文中所使用，术语“晶片”通常是指由半导体或非半导体材料形成的衬底。实例包含但不限于单晶硅、砷化镓及磷化铟。此类衬底常可见于半导体制造设施中及/或在半导体制造设施中予以处理。在一些情况下，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。替代地，晶片可包含形成于衬底上的一或多个不同材料层。形成于晶片上的一或多个层可“经图案化”或“未经图案化”。举例来说，晶片可包含具有可重复图案特征的多个裸片。
“主光罩”可为在主光罩制造工艺的任何阶段处的主光罩或可经释放或可未经释放以用于半导体制造设施中的成品主光罩。主光罩或“掩模”通常定义为上面形成基本上不透明区域且配置成图案的基本上透明衬底。所述衬底可包含例如玻璃材料，例如非晶SiO2。主光罩可在光刻工艺的曝光步骤期间安置于抗蚀剂覆盖的晶片上方，使得所述主光罩上的图案可转印到所述抗蚀剂。
形成于晶片上的一或多个层可经图案化或未经图案化。举例来说，晶片可包含各自具有可重复图案特征的多个裸片。此类材料层的形成及处理可最终导致成品装置。许多不同类型的装置可形成于晶片上，且如本文中所使用的术语晶片希望涵盖上面制造所属领域中已知的任何类型的装置的晶片。
在一或多个示范性实施例中，所述功能可以硬件、软件或其任何组合实施。如果以软件实施，那么功能可作为一或多个指令或程序代码存储于计算机可读媒体上或通过计算机可读媒体传输。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及通信媒体两者，包含促进将计算机程序从一个位置传送到另一位置的任何媒体。存储媒体可为可由通用或专用计算机存取的任何可用媒体。通过实例且无限制之意，此计算机可读媒体可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置、或可用来以指令或数据结构的形式载送或存储所期望程序代码构件且可由通用或专用计算机或者通用或专用处理器存取的任何其它媒体。此外，任何连接可被适宜地称为计算机可读媒体。举例来说，如果从网站、服务器或使用以下技术(同轴电缆、光缆、双绞线、数字用户线(DSL)或无线技术(例如红外线、无线电及微波))的其它远程源传输软件，那么所述同轴电缆、光缆、双绞线、DSL或无线技术(例如红外线、无线电及微波)包含于媒体定义中。如本文中所使用，磁盘及磁盘包含光盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘及蓝光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而磁盘结合激光光学地再现数据。上述元件的组合也应包含于计算机可读媒体的范围内。
尽管上文出于指导目的描述某些特定实施例，但本专利文件的教示内容具有普遍适用性且不限于上文所描述的特定实施例。因此，可在不背离如权利要求书中所陈述的本发明范围的情况下实践所述实施例中的各种特征中的各种修改、调适及组合。

Claims (20)

1.一种计量系统，其包括：
多波长照明源，其经配置以提供具有多个波长及二维光束强度横截面的照明光束；
光束塑形元件，其经配置以对所述照明光束重新塑形使得所述经重新塑形的照明光束具有近似一维的光束强度横截面；
高数值孔径NA物镜，其经配置以接收所述经重新塑形的照明光束，运用所述经重新塑形的照明光束照明样品的表面上的测量位点，且响应于在入射角范围内所述测量位点的所述照明，从所述测量位点收集光；
第一波长色散元件，其经配置以接收所述收集到的光，根据入射角透射所述收集到的光，且根据波长色散所述接收到的经收集光；及
第一二维检测器，其经配置以沿着所述第一二维检测器的第一维度检测由所述第一波长色散元件根据入射角透射的所述经收集光，且沿着所述第一二维检测器的第二维度检测由所述波长色散元件根据波长色散的所述经收集光。
2.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述第一二维检测器进一步经配置以产生指示在所述第一二维检测器中的每一像素处检测到的所述光的光瞳测量信号，其中所述光瞳测量信号与处于唯一波长及入射角的所述测量位点的测量相关联。
3.根据权利要求2所述的计量系统，其进一步包括：
计算系统，其经配置以：
接收指示在每一像素处检测到的所述光的所述光瞳测量信号；
基于所述光瞳测量信号，确定与定位于所述测量位点处的至少一个测量目标相关联的至少一个结构或工艺参数的值；及
将所述至少一个结构或工艺参数的所述值存储于存储器中。
4.根据权利要求3所述的计量系统，其中与所述至少一个测量目标相关联的所述至少一个结构或工艺参数包含临界尺寸、薄膜尺寸、叠加测量、光刻焦点及光刻剂量中的任何一者。
5.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述照明光束具有在形状方面近似圆形的强度横截面。
6.根据权利要求2所述的计量系统，其进一步包括：
第二二维检测器，其经配置以检测在所述计量系统的视场平面处或附近从所述测量位点收集到的光，且产生指示在所述视场平面处或附近检测到的所述光的一或多个视场测量信号；以及
计算系统经配置以：
接收所述视场测量信号；
基于光瞳测量信号及所述视场测量信号，确定与至少一个测量目标相关联的至少一个结构或工艺参数的值；及
将所述至少一个结构或工艺参数的所述值存储于存储器中。
7.根据权利要求6所述的计量系统，其中与所述至少一个测量目标相关联的所述至少一个结构或工艺参数的所述值的所述确定是基于运用光瞳测量模型对所述光瞳测量信号的迭代回归及运用视场测量模型对所述视场测量信号的回归。
8.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述检测到的光以不同于零衍射级的衍射级从所述经照明的测量位点衍射。
9.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：
第二波长色散元件，其经配置以接收所述收集到的光的一部分，且根据入射角透射所述收集到的光，且根据波长色散所述接收到的经收集光；及
第二二维检测器，其经配置以沿着所述第二二维检测器的第一维度检测由所述第二波长色散元件根据入射角透射的经收集光的所述部分，且沿着所述第二二维检测器的第二维度检测由所述第二波长色散元件根据波长色散的所述经收集光的所述部分，其中所述第一二维检测器的波长敏感度不同于所述第二二维检测器的波长敏感度。
10.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：
偏振器元件，其定位于所述照明光束的路径中。
11.根据权利要求10所述的计量系统，其进一步包括：
检偏器元件，其定位于所述收集到的光的路径中；及
至少一个补偿器元件，其定位于所述照明光束的所述路径中或所述收集到的光的所述路径中，或所述照明光束的所述路径与所述收集到的光的所述路径两者中。
12.根据权利要求11所述的计量系统，其中所述偏振器元件、所述检偏器元件及所述至少一个补偿器元件中的任何一者连续旋转。
13.根据权利要求10所述的计量系统，其进一步包括：
偏振分束器，其定位于所述收集到的光的所述路径中，其中所述偏振分束器经配置以分别根据第一偏振状态及第二偏振状态将所述收集到的光分成第一部分及第二部分，其中所述收集到的光的所述第一部分被引导朝向所述第一波长色散元件；
第二波长色散元件，其经配置以根据入射角透射所述收集到的光的所述第二部分且根据波长色散收集到的光的所述第二部分；及
第二二维检测器，其经配置以沿着所述第二二维检测器的第一维度检测由所述第二波长色散元件根据入射角透射的经收集光的所述第二部分，且沿着所述第二二维检测器的第二维度检测由所述第二波长色散元件根据波长色散的所述经收集光的所述第二部分。
14.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：
光束组合元件，其定位于所述高数值孔径NA物镜前方的光学路径中，其中所述光束组合元件经配置以将自动聚焦光束与由所述物镜接收到的所述经重新塑形的照明光束组合或将图案辨识光束与由所述物镜接收到的所述经重新塑形的照明光束组合或将自动聚焦光束与图案辨识光束两者与由所述物镜接收到的所述经重新塑形的照明光束组合。
15.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述光束塑形元件进一步经配置以使所述经重新塑形的照明光束旋转，使得以所期望方位角使所述光束强度横截面定向。
16.一种计量系统，其包括：
多波长照明源，其经配置以提供具有多个波长及二维光束强度横截面的照明光束；
高数值孔径NA物镜，其经配置以接收所述照明光束，运用所述照明光束照明样品的表面上的测量位点，且响应于在入射角范围内所述测量位点的所述照明，从所述测量位点收集光；及
超光谱检测器，其经配置以沿着所述超光谱检测器的第一维度根据入射角检测所述收集到的光，沿着所述超光谱检测器的第二维度根据方位角检测所述收集到的光，且沿着所述超光谱检测器的第三维度根据波长检测所述收集到的光。
17.一种由权利要求1-16中任一权利要求所述的计量系统实施的方法，其包括：
提供具有多个波长及二维光束强度横截面的照明光束；
对所述照明光束重新塑形，使得所述经重新塑形的照明光束具有近似一维的光束强度横截面；
运用所述经重新塑形的照明光束照明样品的表面上的测量位点；
响应于在入射角范围内所述测量位点的所述照明，从所述测量位点收集光；
根据入射角透射所述收集到的光；
根据波长色散接收到的经收集光；
沿着第一二维检测器的第一维度检测所透射的经收集光；及
沿着所述第一二维检测器的第二维度检测所色散的经收集光。
18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括：
产生指示在所述第一二维检测器中的每一像素处检测到的所述光的测量信号，其中所述测量信号与处于唯一波长及入射角的所述测量位点的测量相关联。
19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括：
接收指示在每一像素处检测到的所述光的所述测量信号；
基于所述测量信号，确定与定位于所述测量位点处的至少一个测量目标相关联的至少一个结构或工艺参数的值；及
将所述至少一个结构或工艺参数的所述值存储于存储器中。
20.根据权利要求19所述的方法，其中与所述至少一个测量目标相关联的所述至少一个结构或工艺参数包含临界尺寸、薄膜尺寸、叠加测量、光刻焦点及光刻剂量中的任何一者。
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