CN107850856B - 用于检查和量测的方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种涉及辐射强度分布的方法，该辐射强度分布是使用光学部件在距目标一定间隙处针对目标测量的，方法包括：使用所测量的辐射强度分布和描述目标的数学模型来确定感兴趣的参数的值，模型包括针对光学部件的表面或其一部分的粗糙度的有效介质近似。

Description

用于检查和量测的方法及设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年7月17日提交的美国申请62/194,042的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本说明书涉及用于校正从量测目标捕获的所测量的辐射分布中的误差的方法和设备。

背景技术

光刻设备是将期望的图案施加到衬底上(通常施加到衬底的目标部分上)的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，可以使用备选地被称为掩模或掩模版的图案形成装置来生成待形成在IC的单独层上的电路图案。该图案可以被转印到衬底 (例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括部分、一个或多个裸片) 上。通常是经由成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来实现图案的转印。通常，单个衬底将包括相继被图案化的相邻目标部分的网络。已知的光刻设备包括：所谓的步进器，在所谓的步进器中，通过将整个图案一次曝光到目标部分上来照射每个目标部分；以及所谓的扫描器，在所谓的扫描器中，通过在给定方向(“扫描”方向)上穿过辐射束扫描图案、同时在平行或反平行于该方向的方向上同步扫描衬底来照射每个目标部分。通过将图案压印到衬底上，也可以将图案从图案形成装置转印到衬底上。

为了监测光刻工艺(即，涉及光刻的器件制造过程，包括例如抗蚀剂处理、蚀刻、显影、烘烤等)的一个或多个步骤，检查经图案化的衬底，并且测量经图案化的衬底的一个或多个参数。一个或多个参数可以包括例如在经图案化的衬底中或其上形成的相继层之间的套刻误差和/或经显影的光敏抗蚀剂的临界线宽。可以在产品衬底本身的目标上和/或设置在衬底上的专用量测目标上执行该测量。存在用于测量光刻工艺中形成的微观结构的各种技术(包括使用扫描电子显微镜和/或各种专用工具)。

快速和非侵入式形式的专用检查工具是散射仪，在散射仪中，辐射束被引导至衬底上的目标上，并且测量经散射或反射的射束的性质。通过比较射束在从衬底被反射或散射之前和之后的一个或多个性质，可以确定衬底的一个或多个性质。两个主要类型的散射仪是已知的。光谱散射仪将宽带辐射束引导到衬底上，并测量散射到特定窄角度范围内的辐射的光谱(强度作为波长的函数)。角分辨散射仪使用单色辐射束，并根据角度来测量经散射的辐射的强度。

散射测量的特定应用是测量周期性目标内的特征不对称性。例如，这可以用作套刻误差的测量，但是其他应用也是已知的。在角分辨散射仪中，可以通过比较衍射光谱的相对部分(例如，比较周期性光栅的衍射光谱中的-1阶和+1阶)来测量不对称性。如例如在美国专利申请公开US2006-066855中所描述的，这可以简单地在角分辨散射测量中完成。

发明内容

随着光刻处理中物理尺寸的减小，需要例如提高测量准确度/精确度和/或减小由专用于量测的目标所占用的空间。通过依次使用-1阶和+1阶辐射对目标进行单独成像，基于图像的散射仪测量已被设计为允许使用较小的目标。这种基于图像的技术的示例在公开的美国专利申请公开号US2011-0027704、US2011-0043791和US2012-0044470 中进行了描述，其全部内容通过引用并入本文。

然而，对进一步减小目标尺寸并提高准确度或精确度的需求继续存在，并且现有技术遭受使得其难以维持准确度和/或减小目标尺寸的各种约束。改进检查和测量技术的另一方法是使用固体浸没透镜 (SIL)作为最靠近目标表面(例如，衬底)的光学元件。SIL与目标表面(例如，衬底)的极端接近导致大于1的非常高的有效数值孔径 (NA)。使用具有该SIL的非相干或相干辐射源允许检查非常小的目标。

为了利用增加的数值孔径，SIL和衬底之间的间隙应当被设定为期望的值。例如，间隙可以在10nm-50nm的范围内，以使得SIL与衬底有效光学接触。示例光学间隙测量方法和设备可以涉及检测高数值孔径元件中偏振的交叉分量。交叉偏振信号然后由检测器记录并且可以用作间隙控制过程中的输入参数。在另一示例中，可以通过参考经反射的激光辐射强度来控制间隙。可以理解，可以使用其他方法和设备来获得表示间隙(例如，表示其尺寸或其与标称尺寸的变化)的信号。

不论检测方法如何，SIL(或其他部件)与衬底(或其他表面) 之间的间隙通常应由相关联的致动器和控制系统建立并维持在期望的间隙距离或距离范围处。这是因为从由目标重定向的辐射导出并使用SIL(或其他光学耦合部件)获得的测量数据(例如，强度数据、图像等)依赖于间隙，并且将在数据采集期间，在假设基本恒定的间隙距离的情况下根据测量数据来重新构建感兴趣的任何参数(例如，目标图案的一部分的高度、目标图案的一部分的宽度、目标图案的一个或多个不同层的厚度等)以及间隙距离本身。

但是，不论用于建立和维持期望的间隙的控制机制如何，已经发现SIL尖端的表面从其预期的完全平坦或弯曲的表面的变化(下文中的粗糙度)可以产生测量结果误差。而且，已发现，即使SIL尖端的小粗糙度在确定从测量数据导出的一个或多个感兴趣参数时也可能导致不可接受的大误差。因此，期望提供例如使用数据来校正测量结果和/或计算结果的一个或多个方法和设备，该数据是使用SIL(或其他部件)针对SIL尖端的粗糙度获得的。

在一个实施例中，提供了一种涉及辐射强度分布的方法，该辐射强度分布是使用光学部件在距目标一定间隙处针对目标测量的，方法包括：使用所测量的辐射强度分布和描述目标的数学模型来确定感兴趣的参数的值，模型包括针对光学部件的表面或其一部分的粗糙度的有效介质近似。

在一个实施例中，提供了一种涉及描述测量目标的数学模型的方法，模型包括针对用于测量目标的光学元件的表面的粗糙度的有效介质近似，方法包括：使用光学元件，利用辐射来照射基准件的表面；使用检测器来测量辐射；以及使用所测量的辐射，确定模型中有效介质近似的一个或多个参数。

在一个实施例中，提供了一种涉及涉及辐射强度分布的方法，该辐射强度分布是使用光学部件在距表面一定间隙处测量的，方法包括：使用所测量的辐射强度分布和描述表面的数学模型，确定光学部件、基准件或目标的粗糙度参数，模型包括针对光学部件的表面或其一部分的粗糙度的有效介质近似。

附图说明

现在将参考附图仅以示例的方式描述实施例，其中：

图1示意性地描绘了光刻设备的一个实施例；

图2示意性地描绘了光刻单元或集群的一个实施例；

图3示意性地描绘了示例检查设备和量测技术；

图4示意性地描绘了一个示例检查设备；

图5图示了检查设备的照射斑点与量测目标之间的关系；

图6示意性地描绘了基于测量数据导出感兴趣的参数的过程；

图7示意性地描绘了目标的周期性结构的特征的一个示例单位单元模型；

图8描绘了包括固体浸没透镜(SIL)的一个示例检查设备；

图9示意性地描绘了目标的多个特征的超单元模型的示例以及 SIL的尖端的粗糙度的示例；

图10示出了使用包括具有粗糙度的SIL尖端的超单元模型计算的光瞳与使用具有完全平坦的SIL尖端的单位单元模型计算的光瞳之间的差异的模拟结果；

图11示意性地描绘了包括针对SIL尖端粗糙度的有效介质近似的、目标的周期性结构的特征的一个示例单位单元模型；

图12示意性地描绘了针对基准件的一个示例单位单元模型；

图13描绘了导出针对SIL尖端粗糙度的有效介质近似的过程的流程图；

图14描绘了使用接近力或刚度计算来校准所测量的间隙距离、间隙误差信号和/或设定点值的过程的流程图；以及

图15示意性地描绘了基于使用SIL获得的测量数据来导出目标的一个或多个感兴趣参数的过程的流程图。

具体实施方式

在详细描述实施例之前，提供可以在其中实现实施例的示例环境是有益的。

图1示意性地描绘了光刻设备LA。设备包括：

-照射系统(照射器)IL，被配置为调节辐射束B(例如，UV 辐射、DUV辐射或EUV辐射)。

-支撑结构(例如，掩模台)MT，被构造为支撑图案形成装置 (例如，掩模)MA并被连接到第一定位器PM，第一定位器PM被配置为根据某些参数对图案形成装置进行精确地定位；

-衬底台(例如，晶片台)WT，被构造为保持衬底(例如，抗蚀剂涂布的晶片)W并且被连接到第二定位器PW，第二定位器PW 被配置为根据某些参数精确地定位衬底；以及

-投影系统(例如，折射式投影透镜系统)PL，被配置为将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到目标部分C(例如，包括一个或多个裸片)上，投影系统被支撑在参考框架(RF)上。

照射系统可以包括用于对辐射进行引导、成形或控制的各种类型的光学部件(例如，折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其他类型的光学部件、或其任何组合)。

支撑结构以取决于图案形成装置的取向、光刻设备的设计以及其他条件(例如，图案形成装置是否被保持在真空环境中)的方式来支撑图案形成装置。支撑结构可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术来保持图案形成装置。支撑结构可以是例如可以根据需要固定或移动的框架或台。支撑结构可以确保图案形成装置例如相对于投影系统处于期望的位置处。本文中术语“掩模版”或“掩模”的任何使用可以被认为与更通用的术语“图案形成装置”同义。

本文所使用的术语“图案形成装置”应被广义地解释为指代可以用于在辐射束的截面中向辐射束赋予图案以在衬底的目标部分中创建图案的任何装置。应注意，例如如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征，则赋予辐射束的图案可能不完全对应于衬底的目标部分中的期望图案。通常，赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中创建的器件(例如，集成电路)中的特定功能层。

图案形成装置可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程LCD面板。掩模在光刻中是众所周知的，并且包括诸如二元、交替相移以及衰减相移的掩模类型，以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的一个示例采用小反射镜的矩阵布置，小反射镜中的每一个都可以单独地倾斜，以在不同方向上对入射辐射束进行反射。倾斜的反射镜在由反射镜矩阵反射的辐射束中赋予图案。

本文所使用的术语“投影系统”应被广义地解释为包括任何类型的投影系统，根据所使用的曝光辐射、或其他因素(例如，使用浸没液体或使用真空)包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电光学系统、或其任何组合。本文中术语“投影透镜”的任何使用可以被认为与更通用的术语“投影系统”同义。

如这里所描述的，设备是透射类型的(例如，采用透射型掩模)。备选地，设备可以是反射类型的(例如，采用如上所述的可编程反射镜阵列类型或采用反射型掩模)。

光刻设备可以是具有两个台(双台)或更多个台(例如，两个或更多个衬底台WTa、WTb、两个或更多个图案形成装置台、在没有专用于例如便于测量和/或清洁的衬底的情况下，在投影系统下方的衬底台WTa和台WTb)的类型。在这样的“多台”机器中，可以并行使用附加台，或者可以在一个或多个台上执行预备步骤，同时使用一个或多个其他台来进行曝光。例如，可以使用对准传感器AS进行对准测量和/或使用水平传感器LS进行水平(高度、倾斜等)测量。

光刻设备也可以是如下类型，其中衬底的至少一部分可以被具有相对高折射率的液体(例如，水)覆盖，以填充投影系统和衬底之间的空间。浸没液体也可以应用于光刻设备中的其他空间(例如，图案形成装置和投影系统之间的空间)。用于增加投影系统的数值孔径的浸没技术在本领域是众所周知。本文所使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底之类的结构必须浸入液体中，而仅意味着在曝光期间，液体位于投影系统和衬底之间。

参考图1，照射器IL从辐射源SO接收辐射束。源和光刻设备可以是分离的实体，例如当源是准分子激光器时。在这样的情况下，源不被认为形成光刻设备的一部分，并且借助于射束传递系统BD，辐射束从源SO传递到照射器IL，射束传递系统BD包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器。在其他情况下，例如，当源是汞灯时，源可以是光刻设备的整体部分。源SO和照射器IL连同射束传递系统BD(根据需要)可以被称为辐射系统。

照射器IL可以包括被配置为调节辐射束的角度强度分布的调节器AD。通常，可以调节照射器的光瞳平面中的至少外径向范围和/ 或内径向范围(通常被分别称为σ-外和σ-内)的强度分布。另外，照射器IL可以包括诸如积分器IN和聚光器CO的各种其他部件。照射器可以用于调节辐射束，以在其截面中具有期望的均匀性和强度分布。

辐射束B入射在被保持在支撑结构(例如，掩模台MT)上的图案形成装置(例如，掩模)MA上，并由图案形成装置图案化。穿过图案形成装置MA之后，辐射束B通过投影系统PL传递，投影系统 PL将射束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉测量装置、线性编码器、2-D编码器或电容式传感器)，可以精确地移动衬底台WT，例如以将不同的目标部分 C定位在辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库机械获取之后、或在扫描期间，第一定位器PM和另一位置传感器(在图1中未明确描绘)可以被用于相对于辐射束B的路径来精确定位图案形成装置 MA。通常，支撑结构MT的移动可以借助于形成第一定位器PM的一部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精细定位)来实现。类似地，衬底台WT的移动可以使用形成第二定位器PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现。在步进器的情况下(与扫描仪相对)，支撑结构MT可以仅连接到短行程致动器，或者可以被固定。图案形成装置MA和衬底W可以使用图案形成装置对准标记M1、 M2和衬底对准标记P1、P2来进行对准。尽管如图所示的衬底对准标记占据专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中(这些被称为划线对准标记)。类似地，在图案形成装置MA上提供多于一个的裸片的情况下，图案形成装置对准标记可位于裸片之间。

所描绘的设备可以用于以下模式中的至少一个：

1.在步进模式中，支撑结构MT和衬底台WT保持基本静止，同时赋予辐射束的整个图案被一次投影到目标部分C上(即，单次静态曝光)。然后衬底台WT沿X和/或Y方向偏移，使得可以曝光不同的目标部分C。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单次静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。

2.在扫描模式中，同步扫描支撑结构MT和衬底台WT，同时将赋予辐射束的图案投影到目标部分C上(即，单次动态曝光)。衬底台WT相对于支撑结构MT的速度和方向可以通过投影系统PL的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单次动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度决定了目标部分的高度(在扫描方向上)。

3.在另一模式中，保持可编程图案形成装置的支撑结构MT被保持为基本静止，并且在赋予辐射束的图案被投影到目标部分C上的同时移动或扫描衬底台WT。在该模式中，通常使用脉冲辐射源，并且在衬底台WT的每次移动之后或在扫描期间的相继辐射脉冲之间，根据需要更新可编程图案形成装置。该操作模式可以容易地应用于利用可编程图案形成装置(例如，上述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻。

也可以采用上述使用模式的组合和/或变型或完全不同的使用模式。

如图2所示，光刻设备LA可以形成光刻单元LC的一部分，光刻单元LC有时也被称为光刻单元或集群，并且还包括在衬底上执行曝光前和曝光后处理的设备。通常，这些设备包括用于沉积一个或多个抗蚀剂层的一个或多个旋涂器SC、用于将已曝光的抗蚀剂显影的一个或多个显影器DE、一个或多个激冷板CH和/或一个或多个烘烤板BK。衬底处理器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取一个或多个衬底、在不同处理设备之间移动衬底并将其传递到光刻设备的进料台LB。通常统称为轨道的这些设备处于轨道控制单元TCU的控制下，轨道控制单元TCU本身由管理控制系统SCS控制，管理控制系统SCS也经由光刻控制单元LACU来控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备以使吞吐量和处理效率最大化。

为了使由光刻设备曝光的衬底正确且一致地曝光，期望检查已曝光的衬底来测量一个或多个性质(例如，后续层之间的套刻误差、线厚度、临界尺寸(CD)等)。因此，光刻单元LC位于其中的制造设施通常还包括量测系统MET，量测系统MET接收已在光刻单元中处理的衬底W中的一些或全部。量测系统MET可以是光刻单元LC的一部分(例如，其可以是光刻设备LA的一部分)。

量测结果可以直接或间接被提供给管理控制系统SCS。如果检测到误差，则可以对后续的衬底曝光(特别是如果可以快速且足够快地完成检查，使得该批次的一个或多个其他衬底仍然待曝光)和/或对已曝光的衬底的后续曝光进行调节。而且，已曝光的衬底可以被剥离并返工来提高产率或者被丢弃，由此避免在已知故障的衬底上进行进一步处理。在衬底的仅一些目标部分发生故障的情况下，可以仅在那些良好的目标部分上执行进一步的曝光。

在量测系统MET内，使用检查设备来确定衬底的一个或多个性质，具体而言，确定不同衬底的一个或多个性质如何变化或者同一衬底的不同层如何在层与层之间变化。检查设备可以被集成到光刻设备 LA或光刻单元LC中，或者可以是独立的装置。为了使得能够快速测量，希望检查设备在曝光之后立即测量已曝光的抗蚀剂层中的一个或多个性质。然而，抗蚀剂中的潜像具有低对比度(已曝光于辐射的抗蚀剂的部分与未曝光于辐射的抗蚀剂的部分之间折射率仅存在非常小的差异)，并且不是所有的检查设备均具有足够的灵敏度来进行潜像的有用测量。因此可以在曝光后烘烤步骤(PEB)之后进行测量，曝光后烘烤步骤(PEB)通常是在已曝光的衬底上进行的第一步骤，并增加了抗蚀剂的曝光部分和未曝光部分之间的对比度。在这个阶段，抗蚀剂中的图像可以被称为半潜的。或者在诸如蚀刻的图案转印步骤之后，也可以对已显影的抗蚀剂图像进行测量(在此时已经去除了抗蚀剂的曝光部分或未曝光部分)。后一种可能性限制了对故障衬底返工的可能性，但是仍然可以提供有用的信息。

图3描绘了一个示例检查设备(例如，散射仪)。检查设备包括将辐射投影到衬底W上的宽带(白光)辐射投影器2。所反射的辐射被传递到光谱仪检测器4，光谱仪检测器4测量镜面反射辐射的光谱 10(强度作为波长的函数)，如例如在左下方的图中示出的。根据该数据，例如通过严格耦合波分析和非线性回归、或通过与如图3的右下方所示的模拟光谱的库进行比较，产生所检测的光谱的结构或分布可以由处理器PU重新构造。通常，对于重新构造，结构的整体形式是已知的，并且根据制造结构的过程的知识来假设一些参数，只留下几个结构参数待根据所测量的数据确定。这样的检查设备可以被配置为正入射检查设备或斜入射检查设备。

图4中示出了可以使用的另一检查设备。在该装置中，由辐射源 2发出的辐射使用透镜系统12被准直并且通过干涉滤光片13和偏振器17被透射、被部分反射表面16反射、并且经由具有高数值孔径 (NA)(理想地为至少0.9或至少0.95)的物镜15聚焦到衬底W上的斑点S中。浸没式检查设备(使用诸如水的相对高折射率的流体) 甚至可以具有大于1的数值孔径。

如在光刻设备LA中，可以提供一个或多个衬底台，以在测量操作期间保持衬底W。衬底台可以与图1的衬底台WTa、WTb形式相似或相同。在检查设备与光刻设备集成的示例中，它们甚至可以是相同的衬底台。可以将粗糙定位器和精细定位器提供给第二定位器PW，第二定位器PW被配置为相对于测量光学系统精确地定位衬底。提供各种传感器和致动器，例如以获取感兴趣的目标的位置，并将其置于物镜15下方的位置中。通常，将在跨越衬底W的不同位置处的目标上进行许多测量。衬底支撑件可以在X和Y方向上移动来获得不同的目标，并且在Z方向上移动来获得目标相对于光学系统的焦点的期望位置。例如，当在实践中，光学系统可以保持基本上静止(通常在 X和Y方向上，但也许还可能在Z方向上)且仅衬底移动时，考虑并描述操作(如物镜相对于衬底被带到不同位置)。如果衬底和光学系统的相对位置是正确的，原则上以下内容并不重要：实际上衬底和光学系统中的哪一个在移动、或者两者是否都在移动、或者光学系统的一部分的组合移动(例如，在Z方向和/或倾斜方向上)而光学系统的其余部分静止并且衬底移动(例如，在X和Y方向上，但也可选地在Z方向和/或倾斜方向上)。

由衬底W重新定向的辐射然后通过部分反射表面16传递到检测器18中，以检测光谱。检测器18可以位于背投影焦面11处(即，在透镜系统15的焦距处)，或者平面11可以利用辅助光学器件(未示出)被重新成像到检测器18上。检测器可以是二维检测器，使得可以测量衬底目标30的二维角散射光谱。检测器18可以是例如CCD 或CMOS传感器的阵列，并且可以使用例如每帧40毫秒的积分时间。

参考射束可以用于例如测量入射辐射的强度。为此，当辐射束入射在部分反射表面16上时，辐射束的一部分透射通过部分反射表面 16，作为朝向参考反射镜14的参考束。参考束然后被投影到相同的检测器18的不同部分上或备选地投影到不同的检测器(未示出)上。

一个或多个干涉滤光片13可用于在例如405nm-790nm或甚至更低(例如，200nm-300nm)的范围中选择感兴趣的波长。干涉滤光片可以是可调谐的，而非包括不同滤光片的组。光栅可以用于代替干涉滤光片。可以在照射路径中提供孔径光阑或空间光调制器(未示出)，以控制辐射在目标上的入射角的范围。

检测器18可以测量在单个波长(或窄波长范围)处经重新定向的辐射的强度、分别在多个波长处或在波长范围内积分的强度。此外，检测器可以分别测量横向磁偏振和横向电偏振辐射的强度和/或横向磁偏振和横向电偏振辐射之间的相位差。

衬底W上的目标30可以是1-D光栅，1-D光栅被印刷，使得在显影之后，条由固体抗蚀剂线形成。目标30可以是2-D光栅，2-D 光栅被印刷，使得在显影之后，光栅由抗蚀剂中的固体抗蚀剂柱或过孔形成。可以将条、柱或过孔蚀刻到衬底中或衬底上(例如，蚀刻到衬底上的一个或多个层中)。图案(例如，条、柱或过孔)对光刻投影设备(特别是投影系统PS)中的光学像差是敏感的，并且照射对称性以及这种像差的存在将表现在印刷光栅的变化中。因此，印刷光栅的测量数据被用于重建光栅。1-D光栅的一个或多个参数(例如，线宽和/或形状)或2-D光栅的一个或多个参数(例如，柱或过孔宽度或长度或形状)可以被输入到重建过程、由处理器PU根据打印步骤和/或其他检查过程的知识来执行。

除了通过重建来测量参数之外，角分辨散射测量法还可用于测量产品和/或抗蚀剂图案中的特征的不对称性。不对称性测量的特定应用是用于套刻的测量，其中目标30包括彼此叠置的周期性特征的一个集合。例如，在美国专利申请公开US2006-066855中描述了使用图3 或图4的仪器进行不对称性测量的概念，该申请整体并入本文。简而言之，虽然目标的衍射光谱中衍射阶的位置仅由目标的周期性确定，但是衍射光谱中的不对称性指示构成目标的单独特征中的不对称性。在图4的仪器中，在检测器18可以是图像传感器的情况下，衍射阶中的这种不对称性直接表现为由检测器18记录的光瞳图像中的不对称性。该不对称性可以通过单元PU中的数字图像处理来测量并针对已知的套刻值进行校准。

图5图示了典型的目标30的平面图以及图4的设备中的照射斑点S的范围。为了获得不受周围结构干扰的衍射光谱，在一个实施例中，目标30是大于照射斑点S的宽度(例如，直径)的周期性结构 (例如，光栅)。斑点S的宽度可以小于目标的宽度和长度。换言之，目标是由照射“欠填充”，并且衍射信号基本上不受来自目标本身之外的产品特征等的任何信号的影响。照射装置2、12、13、17可以被配置为跨越物镜15的后焦面提供均匀强度的照射。备选地，通过例如在照射路径中包括孔径，照射可以被限制为在轴方向或离轴方向。

图6示意性地描绘了基于使用量测法获得的测量数据来确定目标图案的感兴趣的一个或多个参数的示例过程。由检测器18检测的辐射为目标30'提供了所测量的辐射分布108。所测量的辐射分布108 包含使得能够导出感兴趣的参数(例如，在衬底中或衬底上形成的相继层之间的套刻误差和/或例如所显影的光敏抗蚀剂的临界尺寸)的信息。图7描绘了目标(例如，目标30、30')的一部分的示例单位单元模型以及组成目标并且与目标相关联的各种材料的示例层。例如，目标可以包括由区段710表示的氮化硅(Si₃N₄)层，该层可以形成光栅特征，从而覆盖例如裸露的硅衬底或由区段700表示的其他层。覆盖层710可以是由区段720表示的TEOS(原硅酸四乙酯)层。覆盖层720是由一个或多个区段730表示的、可以形成另外的光栅特征(例如，用于测量套刻的光栅特征)的另外的氮化硅(Si₃N₄)层。覆盖层730是由一个或多个区段740表示的真空或非固体介质间隙(例如，气体(例如，空气))。并且，另外的覆盖层730是由区段750表示的光学元件，来自该光学元件的辐射通过真空/介质740朝向层730发射。在图7中，层730和真空/介质740被示出为分段为多个区段，以便于计算，而实际上层730和/或真空/介质740通常是连续的。类似地，层750、720、710和700由单个区段表示，但是可以由多个区段表示。

对于给定的目标30'，可以使用例如数值麦克斯韦(Maxwell) 解算器210，从针对目标30'的图案的参数化模型206(例如，图7的单位单元)来计算/模拟辐射分布208。参数化模型206可以包括图7 中所标识的区段的一个或多个参数，例如，一个或多个层的厚度、一个或多个层的折射率(例如，实折射率或复折射率、折射率张量等)、一个或多个层的侧壁角度、一个或多个层的吸收率等及其任何部分 (例如，一个或多个部分或部分的组合)(例如，针对层730和真空/ 介质740标识的区段)。参数的初始值可以是被测量的目标所期望的那些值。然后在212处将所测量的辐射分布108与所计算的辐射分布 208进行比较，以确定两者之间的差。如果存在差，则可以改变参数化模型206的一个或多个参数的值，计算新的经计算的辐射分布208 并将其与所测量的辐射分布108进行比较，直到在所测量的辐射分布108和所计算的辐射分布208之间存在足够的匹配。在该点处，参数化模型206的参数的值提供了实际目标30'的几何形状的良好匹配或最佳匹配。参数化模型(例如，CD)的这些参数之一可以被用户用于评估光刻工艺或其他制造过程的一个或多个步骤。附加地或备选地，可以从参数化模型的一个或多个值导出感兴趣的参数。

但是，需要减少量测目标所占用的空间。

例如，需要减小衬底上的目标部分C之间的“划线”的宽度，其中量测目标通常已经被定位。附加地或备选地，例如期望在器件图案本身内包括量测目标，以允许更准确和/或精确地监测并校正诸如CD 和/或套刻的参数的变化。为此，最近已设计了基于衍射的量测的备选方法。例如，在基于图像的量测中，制作目标的两个图像，每个图像使用衍射光谱的不同选择的阶。比较两个图像，可以得到不对称信息。通过选择图像的一部分，可以将目标信号从其周围环境分离。可以将目标制作得更小，并且目标不需要为方形，使得可以在同一照射斑点内包括几个目标。在美国专利申请公开US2011-0027704、 US2011-0043791和US2012-0044470中描述了该技术的示例。

作为减少量测目标所占用的空间的附加或备选，需要改进测量本身的性质(例如，其准确度和/或精确度)。例如，希望获得更高的测量灵敏度。附加地或备选地，期望例如在上述重建中的各个参数之间获得更好的解耦。例如，期望通过减少或消除与感兴趣的一个参数相关联的测量对另一感兴趣的参数的影响效果来获得针对每个感兴趣的特定参数的更好的值。

随着对尺寸减小和/或精确度的需求持续，现有技术可能会遇到一些技术限制。例如，一些方法期望至少捕获+1和-1衍射阶。考虑到物镜15的数值孔径，这约束了目标的周期性结构的节距(L)。为了提高灵敏度和/或减小目标尺寸，可以考虑使用更短的波长λ。此外，目标不能太小，否则将不会具有足够视为周期性结构的特征。因此，作为一个示例，使用具有远大于产品(例如，器件)布局的尺寸的周期性结构特征(例如，线)来测量套刻，使得套刻测量结果不可靠。理想情况下，特征线和节距应具有与产品特征相似的尺寸。

图8示出了可以实现改进测量本身的性质(例如，准确度和/或精确度)和/或减小目标尺寸的检查设备。在图8中，可以将斑点S'(如果例如期望较小的目标，则斑点S'可以小于常规)施加到目标30'(如果例如期望较小的目标，则目标30'可以小于常规，例如，较小节距的特征)。贯穿附图，相同的附图标记指代相同的部件。

将图8的设备和图4的设备进行比较，第一区别在于提供靠近目标30'的附加透镜元件60。该附加透镜是小型固体浸没透镜(SIL)， SIL的宽度(例如，直径)仅为毫米级(例如，在1mm至5mm的范围内、例如约2mm)。在一个示例中，SIL包括接收基本上垂直入射到其表面的辐射射线的半球体材料。在一个实施例中，SIL可以是不同的形状(例如，超半球体)。在一个实施例中，SIL由诸如玻璃、晶体、熔融石英、材料组合等的折射率为n的材料组成。在SIL材料内，增加原始射线的数值孔径(NA)。所接收的射线聚焦在半球体的中心附近处或超半球体的等光程点附近处，并形成与不存在SIL情况下的斑点相比，减小n倍(对于半球体)或者n²倍(对于等光程超半球体) 的斑点。例如，具有n＝2的典型玻璃半球体将会使所聚焦的斑点的宽度减小2倍。在一个实施例中，SIL 60的尖端在面向目标的顶点侧可以是通常具有平坦表面的截头圆锥形或金字塔形的形式。

光学元件在液体中的浸没已被用于增加显微镜和光刻的分辨率。在不存在液体浸没的不便或问题的情况下，固体浸没透镜可以实现类似的增益，或甚至更大的增益。然而，为了确保增加的NA确实增加了系统的分辨率，SIL的底部必须与目标30接触或者与目标30非常接近地定位。

也可以使用所谓的微型SIL。这样的SIL的宽度(例如，直径) 小很多倍(例如，宽度为约2微米而不是约2毫米)。在图8设备中的SIL 60为微型SIL的示例中，微型SIL可以具有小于或等于10μm (可能小于或等于5μm)的宽度(例如，直径)。

无论是使用小型还是微型SIL 60，都可以将其附接到可移动的支撑件上，使得控制与衬底的对准和接近度比在具有更大宽度的透镜的情况下简单很多。例如，图8中的SIL60被安装到框架62。在一个实施例中，框架62是可移动的。可以提供致动器来移动框架62。在一个实施例中，框架62支撑物镜15。因此，在一个实施例中，框架 62可以将物镜15和SIL60一起移动。在一个实施例中，针对框架62 的致动器可以被配置为使框架62(和SIL60)基本上在Z方向上移动。在一个实施例中，针对框架62的致动器可以被配置为围绕X轴和/ 或Y轴来移动框架62(和SIL 60)。在一个实施例中，SIL 60相对于框架62处于相对固定的位置。这可以被称为单台布置，其中物镜15 和SIL 60相对于彼此固定，并且被框架62的致动器移动。在这种情况下，一个益处可以是SIL可以被机械地定位在物镜的焦点处。

如上所述，图8中的SIL 60被安装到框架62，框架62在一个实施例中支撑物镜15。当然，SIL 60可以被安装在与支撑物镜15的框架分离的框架上。在一个实施例中，SIL 60经由臂64和致动器66连接到框架(例如，框架62)。致动器66可以例如在操作中是压电的或音圈致动的。SIL 60具有致动器来引起可移动物镜15与SIL 60之间的相对移动的布置可以被称为双台布置。在双台布置中，某些功能可以被分离。例如，(相对大的)物镜台包括相对重的物镜，并且可以具有相对大的运动范围。在一个实施例中，物镜台可以基本上在Z方向(基本上垂直于表面)上移动。此外，物镜台可以具有足够用于相对长的位移范围、但是可能不足够(例如，太低的带宽)用于抑制小的位置干扰的某个带宽(例如，～100Hz)。(相对小的)SIL台包括相对轻的SIL，并且可以具有相对较小的运动范围。在一个实施例中， SIL台可以以至少3个自由度(例如，在Z方向上并围绕X轴和/或Y 轴)移动，以将SIL定位为基本上平行于表面。此外，SIL台可以具有某个带宽(例如，足够高)，以抑制小的位置干扰(例如，高达几百纳米)。SIL台可能不具有足够覆盖期望的全行程范围的机械范围。因此，SIL台可以用于将SIL定位在表面之上约10nm-50nm处，而物镜台可以将物镜相对于表面定位在焦点处。

致动器66可以与将物镜相对于目标整体定位的一个或多个其他致动器结合操作。关于上述粗略定位器和精细定位器，例如，可以将致动器66视为超精细定位器。这些不同定位器的伺服控制回路可以彼此集成。部件62、64和66与衬底台和定位器(如上所述的但在图8中未示出)一起形成用于将SIL和目标T彼此靠近地定位的支撑设备。如上所述，原则上，SIL 60可以刚性地安装到框架62，和/或可以具有较大的宽度。如下面更详细讨论的，单独的臂和致动器允许更易控制非常小的间隙。

包括SIL 60使得可以例如聚焦到更小的斑点S'。SIL通过利用传播波和消逝波照射目标并且从目标捕获近场辐射(包括在间隙中消逝的波)来工作，并且为此目的，SIL被定位为距离目标结构的距离基本上小于辐射的一个波长(λ)、通常小于半个波长、例如为约λ/20。距离越近，近场信号到仪器中的耦合就越强。因此，SIL 60与目标30' 之间的间隙可以小于100nm、例如在10nm与50nm之间。由于检查设备的NA被有效地增加，所以灵敏度和参数解相关被增强，使得可以减小目标周期性结构的节距。

在使用微型SIL的示例中，例如在散射仪中常规使用的空间非相干辐射类型不能聚焦到与微型SIL一样小的微米级斑点。因此，在这样的实施例中或者在使用大型SIL(即，大于微型SIL的SIL)的实施例中，辐射源2可以被改变为空间相干源。因此，激光源70经由光纤72耦合到照明光学器件12等。衬底上斑点尺寸的限制由聚焦透镜系统的数值孔径和激光波长来设定。作为使用空间相干辐射的附加的益处，具有激光辐射源70的仪器可以用于执行不同类型的散射测量或测量。例如，可以使用相干傅里叶散射测量(CFS)来测量目标。

如上文所强调的，SIL和目标之间应保持小的间隙(例如，在 10nm-50nm范围内的值，例如为20nm、25nm、30nm或35nm)。但是，不论用于建立并保持期望间隙的控制机制如何，已发现，SIL尖端的表面从其预期的完全平坦或弯曲表面的变化(下文中的粗糙度) 可能产生测量结果误差。而且，已发现，即使SIL尖端的小粗糙度也可能在确定从测量数据导出的一个或多个感兴趣参数时导致不可接受的大误差。

如上所述，可以利用固体浸没透镜(SIL)使用基于辐射的量测 (例如，散射测量)来测量光刻目标的感兴趣的参数(例如，关键尺寸(CD))。SIL(SIL尖端)的下表面与目标保持很小的距离(例如， 10nm-50nm范围内的间隙)。从目标反射的辐射经由SIL尖端在例如物镜的后焦面中形成强度分布(强度光瞳)，强度分布被成像到检测器(例如，CCD相机)上并使用检测器来对其进行测量。所测量的光瞳中的强度分布取决于间隙的大小以及所测量的目标的几何性质和光学性质。

如上所述，在参数化模型(例如，图7中的模型)中捕获目标的几何性质和光学性质，参数化模型的一个或多个感兴趣参数(例如， CD参数)形成子集。使用例如Maxwell解算器，在所记录的光瞳的计算后处理(被称为重建)中针对所测量的目标对模型参数的值进行重建。

在一个实施例中，模型可以包括作为待被重建的浮动参数的间隙。在一个实施例中，SIL尖端可以被表示为完全平坦。

在一个实施例中，为了使得能够使用例如正向模型Maxwell解算器进行相对较快的计算，通常仅对目标的周期性结构的一个或几个特征进行建模。然后使用周期性边界条件来逼近完整的周期性结构。在图7中示出了用于这种计算的周期性结构的单个特征的模型的示例，该示例描绘了SIL尖端750、目标特征和相关联的层700、710、720、 730以及在SIL尖端750和目标特征之间的间隙740。如将理解的， SIL、间隙、目标特征和/或层可以具有如在图7的示例中通过不同的图案填充粗略表示的不同的折射率(例如，实折射率或复折射率、折射率张量等)。

但是，如上所述和图7所示，完全平坦或均匀的SIL尖端750的模型中的假设是不正确的。在制造中，通过常规抛光、化学机械平坦化(CMP)和/或其他处理方法来创建SIL尖端750的表面。经抛光/ 平面化的表面将始终具有表面粗糙度和/或波纹度形式的一定量的粗糙度。表面粗糙度是横向尺度小于所使用的辐射波长的表面不规则性 (高度变化)。波纹度是横向尺度大于所使用的辐射波长的表面不规则性。对于经过良好抛光的SIL尖端750，SIL尖端750的粗糙度在纳米量级或高达10nm-20nm的量级。此后，就表面粗糙度来讨论粗糙度，但是本文所描述的技术也可以或备选地用于SIL尖端750的波纹度。在一个实施例中，SIL尖端750的波纹度在获得良好结果的实践中可能不太成问题。

因此，由于光瞳中的强度分布至少部分地取决于间隙740，所以对于与具有一定粗糙度的SIL尖端750相比完全平坦的SIL尖端750，针对给定目标的光瞳将略微不同。由于在例如图7的模型中省略了粗糙度，所以在重建期间必须考虑由于SIL尖端粗糙度而引起的间隙距离差导致的强度差。这有效地导致经重建的模型参数偏离在SIL尖端实际上完全平坦的情况下模型参数的值。由于量测方法旨在精确测量一个或多个感兴趣的参数，所以该变化是不期望的，并且应被减小或最小化。

为了说明并表示粗糙度，高度分布可以被添加到SIL尖端750的模型。可以通过测量例如SIL 60的尖端来确定高度分布。然而，如上所述，计算利用了目标的一个或多个周期性结构的周期性性质来加快计算时间(即，在假设将评估许多目标并相应地将需要评估许多周期性结构特征的情况下相对快速地获得结果)。因此，为了执行包括粗糙度分布的实际计算(例如，模拟)，经建模的域应被扩展到至少在横向尺度上与辐射波长一样大。对于小周期性特征(节距)，这可以意味着20-80个周期性结构特征被包括在重建模型中。这样的多特征模型可以被称为超单元(区别于模型仅包含一个特征的单位单元)。但是，例如利用数值Maxwell解算器，计算时间以非线性方式(例如，以经建模的域的三次方)进行缩放。因此，对于50个周期性结构特征，这意味着计算时间增加了125000倍，从而导致数天用于计算一个光瞳，以及可能数周或数月时间用于在专用计算机上进行单个重建。

图9中描绘了具有所添加的SIL尖端粗糙度910的十个特征910 的超单元模型的一个示例。图10示出了两个模拟光瞳(δ光瞳)之间的差，针对45nm节距光栅，使用类似于图9的超单元模型以及具有0.2nm的RMS的SIL尖端的随机粗糙度来计算第一光瞳，其中模型中具有10个光栅线；针对相同光栅，使用类似于图7的单位单元模型来计算第二光瞳，其中模型中具有单个光栅线，并具有完全平坦的SIL尖端。从图10可以看出，光瞳之间存在显著的变化。基于使用具有平坦SIL尖端的单位单元模型的超单元光瞳，参数(例如，CD) 的重建可以使得经重建的参数的变化高达百分之一。此外，对于所使用的较小的节距和/或较短的测量射束波长，预计这些变化会增加。此外，0.2nm的SIL尖端粗糙度的RMS可能比可用于SIL尖端的现有技术更好。因此，SIL尖端粗糙度将对参数重建的准确度产生显著(负面)影响。

因此，在一个实施例中，可以通过有效介质近似(EMA)来对粗糙度的光学效果建模，其中，通过具有有效折射率(例如，实折射率或复折射率、折射率张量等)的一个或多个连续区段来替换粗糙度。例如，参考图11，可以由具有有效折射率(例如，实折射率或复折射率、折射率张量等)的单层区段1100来对粗糙度建模。在一个实施例中，粗糙度可由多个区段(例如，分层区段)来表示，每个区段具有相应的有效复折射率(例如，实折射率或复折射率、折射率张量等)。一个或多个区段可以进一步具有相关联的厚度。

这样的EMA的一个示例是布鲁格曼(Bruggeman)EMA，其中粗糙度由单层厚度T和有效折射率neff代替。其他的EMA包括麦克斯韦-噶尼特(Maxwell-Garnett)理论、德鲁德(Drude)、体积平均理论、洛伦兹-洛伦茨(Lorentz-Lorenz)、并行和/或串行EMA。任何EMA模型都由参数集合确定，参数集合将被称为EMA参数。

使用如在图9中超单元中应用的已知粗糙度的模拟以及使用如图 11中的单位单元模型(具有使用相同的粗糙度参数化的EMA)的模拟，发现了相应光瞳之间的良好的定性一致。而且，在数量上，由于 EMA模型的选择，光瞳的比例因数(基本上是常数)不同。发现比例因数独立于基准件的类型、间隙或粗糙度RMS(如下面进一步讨论的)。

在一个实施例中，可以通过计算和/或测量来估计EMA参数的值 (例如，T和neff的值)。为此，需要相对详细的表面形态学知识。在一个实施例中，可以测量表面粗糙度和/或折射率，并将其用作可应用的EMA模型之一的输入，并因此可以确定EMA参数的值。

在一个实施例中，EMA参数的值(例如，T和neff的值)可以从相对快速且低成本的校准过程获得。这样的校准方法也可以允许使用更复杂的EMA模型。示例是：(1)多区段模型，其中每个区段层具有不同的有效折射率和/或厚度；或(2)密度梯度，其中折射率(例如，实折射率或复折射率、折射率张量等)为距离(例如，高度、厚度等)的函数(例如，由参数化函数确定)。

在一个实施例中，为了校准某个模型几何结构的EMA参数并减少获得EMA参数时的数学和/或测量的复杂度，使用参考样品表面(基准件)，参考样品表面通常是平面，并具有精确已知的光学参数。辐射然后通过SIL 60(及其粗糙尖端)传递到基准件上。将经重新定向的辐射传递到检测器，在检测器中测量这样的经重新定向的辐射的一个或多个强度光瞳。然后，可以使用数学计算过程(例如，与本文所讨论的类似的数学重建过程(诸如关于图6所述))来导出EMA模型的一个或多个参数。

相应地，在一个实施例中，基准件被建模为基本上或完全平坦。图12示出了针对基准件的一个示例单位单元模型。图12描绘了由区段1210表示的基准件，区段1210与由区段750表示的SIL尖端被间隙(由区段740表示)间隔开。图12进一步示出了针对由区段1200 表示的SIL尖端的EMA。如将理解的，区段1200可以包括例如多个分层区段和/或具有梯度。因此，在假设基准件具有基本上完全的平坦度的该模型中，唯一的浮动参数是针对EMA区段1200的间隙740 和EMA参数。

因此，为了保持基本上完全的平坦度的假设，期望基准件应在SIL 60的整个尖端上原子地平坦，如果SIL 60的整个尖端的宽度(例如，直径)不高达几百微米，则可以是几十微米。因此，在一个实施例中，基准件表面包括固体材料和/或液体材料。

在一个实施例中，用于基准件的固体材料包括Ag、GaP、Si、SiC、 BP、Cu、Ta₂O₅和/或Al。在一个实施例中，固体材料包括诸如云母的晶体。在一个实施例中，固体材料包含金属。这些材料可以直接形成基准件表面，或者可以用作下文中描述的一个或多个层的支撑件。可以通过例如切割(例如，诸如云母的晶体)、机械抛光(例如，硅和/或金属)、化学抛光(例如，硅和/或金属)和/或热处理(例如，在超高真空中)来实现原子级平坦度。

在一个实施例中，用于基准件的液体材料包括液态金属。在一个实施例中，液态金属包括GaInSn或Hg。因此，在一个实施例中，为了改进基准件的可制造性和/或处理，可以使用液态金属来创建原子级平坦的基准件的至少一部分，该部分由于其高移动性，可以具有有利的自清洁性质。

在一个实施例中，可以在固体或液体材料的顶部上提供一个或多个层(例如，涂层、薄膜等)。一个或多个层可以包括相同材料或不同材料的重复的两个或更多个层，以相继形成相对厚的多层堆叠。这些层可以有助于例如改变折射率、改善平坦度、改善惰性/稳定性、和 /或改善处理的难易度。为了改变折射率，需要相对厚的层。例如，本文所述的一个或多个固体材料。由于其他原因，薄膜可能就足够了，其中薄膜越薄越好，以限制对折射率的影响。

在一个实施例中，一个或多个层可以包括金属(例如，Al、Cu、 Ag和/或Au)。在一个实施例中，一个或多个层可以包括氧化物，例如，Si上的天然SiO₂、Si上的热SiO₂、Al上的天然Al₂O₃或NiAl(110) 上的外延Al₂O₃。在一个实施例中，一个或多个层可以包括二维纳米材料，例如，单层或多层石墨烯、六方氮化硼或过渡金属二硫族化物纳米层(例如，MoS₂、WS₂)。在一个实施例中，一个或多个层可以包括有机材料或有机金属材料。

在一个实施例中，可以使用云母或其他表面作为模板来创建原子级平坦的金属层(例如，金和/或银)，作为原子级平坦的基准件的全部或部分。在一个实施例中，原子级平坦的基准件的全部或部分可以具有硅。

在一个实施例中，应当选择基准件的材料，使得所检测的光瞳对 SIL尖端的粗糙度最为灵敏。在一个实施例中，这样的灵敏度利用基准件的复折射率的实部nf和虚部kf分别标度。但是，在光瞳中产生的与复折射率的实部nf和虚部kf相关联的强度变化具有相反的符号。因此，可以通过使用包括具有1)高nf/和低kf或2)低nf和高kf的一个或多个材料的基准件来实现最高的灵敏度，以帮助防止部分抵消 nf和kf两者的贡献。

因此，提出一个或多个不同的材料来用于形成基准件。而且，期望各种材料中的某一些在不同的测量射束波长下使用。在一个实施例中，特别是针对可见波长区域，Ag、GaP、Si、SiC和/或BP是合适的材料(高nf、低kf)。在一个实施例中，特别是针对波长大约700nm的辐射，Cu是合适的材料(高kf、低nf)。在一个实施例中，特别是针对UV和可见波长，Ta₂O₅是合适的材料(相对高的nf、非常低的 kf)。在一个实施例中，特别是针对UV区域中的辐射，Al是合适的材料(高kf、低nf)。

这些材料中的许多与氧气反应(例如，在空气中)。例如暴露于氧气的Si、Al和Cu可以被薄氧化膜覆盖。氧化过程通常会增加基准件的粗糙度，从而影响校准。诸如Ag和Au的非氧化金属吸引来自环境(例如，空气)的有机/有机硫污染，这将类似地影响校准。因此，在一个实施例中，基准件可以在其上具有某个材料的一个或多个层，使得在不破坏基准件的平坦度的情况下，基准件变得例如更加惰性和 /或更容易处理。示例包括具有天然氧化物的Al晶体、具有外延氧化铝层的NiAl(110)晶体、和/或具有单层石墨烯的铜层的蓝宝石。在这些情况下，基准件应被建模为多个分层堆叠(例如，区段1200包括多个分层的区段，每个区段表示基准件堆叠中的不同材料)，从而可能降低校准方法的准确度。

这些各种材料和技术不是穷尽的。可以使用其他材料和/或技术来提供具有适当光学性质、并形成例如在操作条件下稳定的基本上原子级平坦的表面的基准件。

也可能某个材料对于基准件具有良好的光学性质，但是不能利用足够大的原子级平坦表面积或足够平坦的表面而容易地获得该光学性质。在这种情况下，可以在模型中使用第二EMA来模拟基准件表面粗糙度。例如，位于图12中的区段1210之上的区段与区段1200类似，以对基准件的粗糙度建模。利用例如有效折射率(例如，实折射率或复折射率、折射率张量等)、厚度等的值来将第二EMA参数化。与用于SIL尖端的EMA类似，第二EMA可以是多区段和/或具有梯度。可以使用例如原子力显微镜和/或相差显微镜来测量基准件的粗糙度，以获得用于对基准件的粗糙度进行EMA建模的校准。如果基准件的折射率接近于SIL 60材料的折射率，则可能在EMA参数的两个集合之间存在串扰。对于高kf基准件材料，这可以相对容易地解决，因为SIL具有相对较高的n，并且可以具有接近零的低的k。否则，可以获得在EMA参数的两个集合的解相关中使用的强度光瞳的不同测量。

因此，总而言之并且参考图13，粗糙度校准过程可以包括：在 S101处，选择具有高k和高n材料的原子级平坦基准件(或者良好表征的非平坦基准件)，原子级平坦基准件被提供在具有SIL 60尖端的检查设备中，对于SIL 60尖端，期望确定表示SIL 60尖端的粗糙度的EMA。在S102处，针对基准件的合适波长的辐射通过SIL 60 传递并到达基准件上，并且使用检测器来测量由基准件重新定向的辐射，以获得一个或多个强度光瞳。在S103处，可以针对不同的照射波长和/或偏振状态重复步骤S101和S102。例如，不同的波长可能需要不同的基准件。

在S104处，根据波长和/或偏振状态，使用在一个实施例中仅包含针对基准件、SIL和EMA的区段的模型(例如，图12的模型)来计算所记录的光瞳。EMA参数(例如，光学参数和/或厚度参数)中的一个或多个以及SIL和基准件之间的间隙是模型的浮动参数，模型的浮动参数被改变来获得与所记录的光瞳对应的光瞳的计算。所记录的光瞳与所计算的光瞳之间的匹配指示一个或多个EMA参数紧密地估计对SIL 60尖端粗糙度的光学响应。

在一个实施例中，在检查设备已被用于测量一个或多个目标之后的随后时间段，可以重复步骤S101和S102，步骤S101、S102和S10， 3或者步骤S101、S102、S103和S104。因此，在一个实施例中，可以在使用检查设备测量一个或多个目标的时间段之后重新校准检查设备的EMA参数。

在S105处，诸如图11中的区段1100的EMA被提供给如图11 所描绘的周期性结构模型(单位单元)，周期性结构模型用于重建待测量的目标周期性结构(目标光栅)的一个或多个参数。针对区段1100 的EMA参数取决于在步骤S104中针对用于目标周期性结构的一个或多个特定测量射束波长和/或偏振状态获得的值。换言之，针对用于测量目标周期性结构的特定测量射束波长所记录和计算的光瞳的匹配集合的EMA参数被应用于模型(例如，图11中)中的EMA 1100， EMA 1100被用于对使用特定测量射束波长测量的目标周期性结构进行重建。

在S106处，将一个或多个目标周期性结构暴露于一个或多个测量射束波长，并测量经重新定向的辐射来获得一个或多个测量的强度光瞳。然后使用针对一个或多个测量射束波长的S105的模型，将所测量的强度光瞳用作重建的一部分。重建可导致所测量的目标周期性结构(例如，CD)的一个或多个参数的导出。

在一个实施例中，EMA可以用于“向后”导出光学部件(例如，不同的光学部件)、基准件或目标的一个或多个粗糙度参数(例如， Ra、RMS等)。即，可以使用在距表面一定间隙处的光学部件来测量辐射强度分布。然后，可以使用所测量的辐射强度分布和描述表面的数学模型来确定粗糙度参数，模型包括针对光学部件的表面或其一部分的粗糙度的有效介质近似。

对于给定的SIL 60或检查设备，可以将所确定的EMA参数或所测量的基准件数据(例如，在使用检查设备测量一个或多个衬底上的一个或多个目标之后，随时间获得的一个或多个所确定的EMA参数或所测量的基准件数据)中的一个或多个存储在存储器中，使得这样的一个或多个参数/数据或从其导出的一个或多个参数(例如，统计值) 可以在一个或多个EMA参数的一个或多个随后确定中使用或与一个或多个其他评估技术一起使用。例如，可以在机器学习或统计技术中使用一个或多个所确定的EMA参数、或所测量的基准件数据、或者从中导出的一个或多个参数，以针对SIL 60进行一个或多个EMA参数的一个或多个后续构造或导出。这样的技术可以是贝叶斯 (Bayesian)正则化。因此，例如，可以在Bayesian正则化中使用一个或多个先前确定的EMA参数或测量的基准件数据或从其导出的一个或多个参数(例如，一个或多个统计数据)来导出EMA参数的新的值。

在一个实施例中，可以使用所确定的EMA参数或所测量的基准件数据或从其导出的一个或多个参数(例如，一个或多个统计数据) 中的一个或多个作为针对SIL尖端和/或基准件的质量指示符。例如， EMA参数或所测量的基准件数据或从其导出的一个或多个参数中的一个或多个可以给出针对SIL尖端和/或基准件的平坦度/粗糙度的指示符。在一个实施例中，当发现一个或多个所确定的EMA参数或所测量的基准件数据或从中导出的一个或多个参数超出预设定的界限或超过阈值时(例如，当一个或多个EMA参数或所测量的基准件数据与一个或多个EMA参数的较早值相比，不同大于或等于3％、5％、 10％、15％、20％、25％或30％时)，可以给出信号。在一个实施例中，信号可以作为诊断给出，例如以警告需要维护(例如，清洁)或更换SIL和/或基准件。例如，信号可用于触发或控制清洁单元(例如，抛光带、微纤维擦拭工具、SIL和/或基准件附近的(离子化)清洁气体喷嘴、等离子体清洁单元等)的一个或多个参数，以清洁SIL 60 和/或基准件。即，在一个实施例中，信号通过控制SIL和/或基准件的清洁单元的一个或多个清洁参数来触发清洁。在一个实施例中，清洁单元可以位于检查设备内部。在一个实施例中，可以给出使用衬底的测量应停止或暂停的信号。此外，使用所存储的一个或多个所确定的EMA参数或所测量的基准件数据，通过对一个或多个所确定的 EMA参数或所测量的基准件数据中的趋势进行外推，可以预测一个或多个EMA参数或所测量的基准件数据何时预期不在预设定的边界之内(并且因此启动用于例如维护SIL和/或基准件的信号)。即，在一个实施例中，可以使用一个或多个所确定的EMA参数或所测量的基准件数据来预测一个或多个EMA参数或所测量的基准件数据是否和/或何时将跨过阈值并提供其信号(例如，需要维护SIL和/或基准件的信号)。

此外，为了有效地控制部件相对于表面的定位，希望部件和表面之间的间隙准确已知。例如，在基于SIL的测量的目标测量期间，可以使用间隙误差信号(GES)来控制SIL 60尖端和目标之间的间隙。

但是，在实际的系统中，测量信号可能不准确，关于系统的假设 (例如，部件尺寸)可能不总是有效的等。例如，部件(例如，SIL) 和目标表面之间的间隙可以由间隙误差信号(GES)表示。如果控制基于GES，则可能需要校准，以帮助确保部件和目标表面之间的间隙是某个预期的间隙(例如，以避免碰撞并获得期望的测量条件)。

附加地，间隙的测量可能强烈地依赖于目标表面上的结构(例如，蚀刻在衬底表面上)。即，GES可能强烈地依赖于目标表面上的结构。特别地，GES的偏移可能会随着目标结构的类型而发生很大的变化，这例如会导致SIL与目标碰撞的严重风险。因此，例如，如果针对给定结构，GES被控制在对应于例如20nm或50nm的值处，则该结构可以被控制为接近期望的20nm或50nm。然而，该GES处的另一结构可能已触及SIL。因此，例如由于错误的用户输入，结构中的偏差可能使得GES与预期值显著不同。这样的偏差可能导致例如SIL碰撞到目标表面，从而使得设备和目标表面容易受到不可接受的损坏风险。

因此，提供了校准GES、所测量的间隙距离和/或设定点值的方法。

为了使得能够进行校准，在一个实施例中，从控制回路中的一个或多个其他可测量信号或从一个或多个可测量信号导出的一个或多个信号(例如，控制误差信号，控制误差信号是部件和表面之间所测量的间隙距离与部件和表面之间期望的间隙距离的差的测量)来生成触发信号。在一个实施例中，控制误差信号是GES或基于GES(例如，是基于GES的间隙距离的设定值与所测量的间隙距离之间的差)。作为控制误差的备选或附加，可以使用控制回路中的一个或多个其他可测量信号或从一个或多个可测量信号导出的一个或多个信号作为触发信号。

对于不同的结构，GES在小间隙(即，<λ/4nm)处的斜率保持近似恒定。因此，GES是适用于逐渐减小部件和表面之间的间隙的控制信号。此外，当逐渐减小SIL和目标表面之间的间隙时，GES中的误差(即，控制误差)在遇到不稳定时突然开始非线性地增加。

该不稳定可归因于在亚微米距离处出现的范德华(Van der Waals) 静电或其他相互作用(通常在本文中为接近力或刚度)。具体而言，对于完美导电的平行极板，该范德华相互作用导致由以下等式给出的近似吸引卡西米尔(Casimir)力：

其中

是减小的普朗克常数，并且等于h/2π，h为普朗克常数＝ 6.624e^-34Js，c是光速(3e⁸m/s)，A是SIL尖端表面接近目标表面的面积，以及z是将SIL尖端表面与目标表面分离的间隙。注意，如下面所讨论的，针对考虑不同的材料、不同的形貌等，来自等式(1)的结果可能需要改变。此外，在两个极板的非常小的间距(例如，高达大约几百纳米)处，力可以以1/z³(而不是1/z⁴)度量。参见例如A. Rodriguez等人的"微结构几何中的卡西米尔效应(The Casimir effect in microstructured geometries)",自然光子学(NaturePhotonics),第5 卷,第211-221页(2011年),其全部内容通过引用并入本文。

该近似吸引卡西米尔力可以被进一步表示为具有由下式给出的刚度k_cas的弹簧的结果：

除了上述等式(1)和(2)给出的卡西米尔力和刚度之外，由于静电相互作用引起的力和刚度在这样的小间隙处也变得显著。对于完全导电的平行极板之间的静电力，SIL尖端表面与目标表面之间的静电力近似由下式给出：

其中V是SIL尖端表面与目标表面之间的电压差，z是将SIL尖端表面与目标表面分离的间隙，A是SIL尖端表面接近目标表面的面积，以及ε₀＝8.85e^-12Farad/m。静电刚度因此是：

因此，GES中误差(即，控制误差)的不稳定性可能归因于一个或多个接近刚度，例如，卡西米尔刚度或卡西米尔刚度和静电刚度的组合。在许多情况下，因为SIL和衬底之间的电压差未知，所以静电力是未知的。但是，静电力(如果存在)是卡西米尔力的附加组成部分。因此，例如，即使存在静电力，仅基于卡西米尔力的阈值例如对于安全性触发也是有效的。

即，在一个实施例中，可以评估触发信号是否越过阈值，以确定部件到表面的接近度。因此，可以使用不稳定性和/或非线性来及时确定部件对表面的阈值接近度(例如，部件碰撞到目标表面的风险)。因此，可以使用控制误差来感测部件与目标表面的接近度，这可以例如触发安全机制(例如，回缩部件或停止其移动)。可以将适当的阈值应用于信号来确定发生不稳定的点或刚好在不稳定之前的点。在使用SIL的光学系统中，增加SIL与目标表面之间的间隙可以是当遇到控制环路的不稳定时所采取的动作。然而，在一些实施例中，可执行诸如停止SIL的运动和/或分析与SIL相互作用的目标表面上的结构等的其他动作。

在一个实施例中，GES信号可以是关于其远场强度的归一化信号。结果，用于控制的归一化GES信号值可以在0与1之间，基本上独立于照射的性质。

在一个实施例中，当不稳定性靠近时，触发信号相对突然增大或减小。这种突然变化由一个或多个接近刚度(例如，分别由等式(2) 和(4)给出的卡西米尔刚度和/或静电刚度)的相对非线性特性引起。

在一个实施例中，对于某个移动时间窗(例如，诸如移动平均值)，触发信号可以是信号(例如，控制误差)的最大绝对值。在一个实施例中，触发信号可以是信号大小的基于范数的量化(例如，信号(例如，控制误差)针对该信号的移动时间窗的最大绝对值)。触发信号的其他示例包括信号(例如，控制误差)针对该信号的移动窗的均方根(RMS)值和/或信号(例如，控制误差)针对该信号的移动窗的对于指示控制回路不稳定性的一个或多个特定频率的能量成分。在一个实施例中，移动窗在0nm-100ms的范围内(例如，0nm-20ms，例如1ms、2ms或10ms)。所应用的窗的大小可以取决于SIL相对于表面的靠近速度以及SIL和表面之间的相对振动的频率成分。触发信号可以在一些实施例中被归一化。通过基于控制误差的相对变化生成触发信号，可以抵消(例如，衬底或检查设备的)振动对控制误差的影响。

作为将触发信号用作“安全”机制的附加或备选，不稳定性和/ 或非线性可以用于校准。即，理想情况下，所测量的间隙距离和实际的间隙距离是相同的。但实际上，由于各种原因，所测量的间隙距离可能与实际间隙距离不同。在这种情况下，可能需要使用校准或校正因数来校正所测量的间隙距离、间隙误差信号和/或设定点值。如此，本文公开了用于校准所测量的间隙距离、间隙误差信号和/或设定点值的方法。

如上所述，认识到，控制回路中的不稳定性(其在GES中表现) 在部件紧密靠近表面时发生，并且由于在这样的小距离处的微小的力而出现这样的不稳定性，不稳定性可以被用作校准间隙误差信号、所测量的间隙距离和/或设定点值的方式。

实际上，理想情况下，如果结构已知，则GES已知。因此，可能不需要基于接近力(例如，卡西米尔力和/或静电力)的校准。但是，如果结构不完全已知，则GES可能具有(显著的)误差。因此，可以基于可应用的接近力或刚度的计算来校准GES。例如，由于卡西米尔刚度对间隙的强依赖性以及对结构的相对较弱的依赖性，预计卡西米尔刚度具有小误差。因此，卡西米尔刚度可以是对例如其中例如结构不完全已知的GES进行校准的一个方式。

因此，在一个实施例中，对于已知表面积的部件，分别由等式(2) 和(4)给出的卡西米尔刚度和/或静电刚度仅取决于部件和表面之间的间隙。因此，可以使用等式(2)和/或等式(4)从刚度值(该刚度值使得用于定位部件的控制回路不稳定)计算部件和表面之间的绝对间隙的估计值(即，估计的间隙距离)。但是更一般地，在一个实施例中，可以使用控制接近刚度的一个或多个其他等式从刚度值(该刚度值使得用于将部件定位的控制回路不稳定)来计算部件和表面之间的绝对间隙的估计值(即，估计的间隙距离)。

如上面所讨论的，考虑到部件和/或表面的一个或多个特性，和/ 或一个或多个特性的变化，可以通过常数或参数来改变这些计算的值。常数或参数可以通过模拟和/或校准来导出。

此外，可以评估指示部件和表面之间的间隙距离的间隙信号，以标识控制回路中的不稳定性，在间隙信号中表现出不稳定性。由于在纳米至数百纳米数量级的小距离处起作用的力而发生该不稳定性。间隙信号不稳定性处的间隙距离可以称为参考间隙距离。在一个实施例中，间隙信号例如可以是GES、或者来自用于相对于表面定位部件的控制回路的控制误差信号、或者来自如上所述的控制回路的其他所测量或导出的信号。在一些实施例中，间隙信号可以进一步从控制误差信号(例如，上面讨论的触发信号)导出。例如，间隙信号可以是所测量或导出的信号的大小针对该信号的移动窗的基于范数的量化(例如，所测量或导出的信号(例如，控制误差)针对该信号的移动窗的最大绝对值、所测量或导出的信号(例如，控制误差)针对该信号的移动窗的均方根值、和/或所测量或导出的信号针对该信号的移动窗对于指示控制回路的不稳定性的特定频率的能量成分。

然后将参考间隙距离和所估计的间隙距离相对于彼此进行评估。在理想系统中，参考间隙距离等于基于一个或多个接近刚度(例如，卡西米尔刚度和/或静电刚度)公式计算的所估计的间隙距离。所以，如果他们相等，则系统已被校准。但是，由于系统可能偏离理想行为，所以参考间隙距离可能与所估计的间隙距离不同。因此，在参考间隙距离和所估计的间隙距离不同的情况下，可以确定校正或校准因数。例如，可以由参考间隙距离和所估计的间隙距离之间的差来确定校正或校准因数，并且校正或校准因数可以应用于GES信号、所测量的间隙距离和/或控制回路的设定点值。作为另一示例，可以将对应的 GES值设定为针对衬底上给定结构的较低设定点(即，阈值)，并因此用于例如触发安全机制来避免部件与表面的碰撞。

根据目标/衬底/批次之间的预期结构变化，可以每个量测/检查目标、每个衬底或每衬底批次来确定一次校正或校准因数。

在一个实施例中，可能期望将卡西米尔力(或一个或多个其他接近力)隔离为引起部件的GES中的不稳定性的唯一显著的力，并且因此可能仅需要针对卡西米尔效应(或其他接近效应)计算的参考距离。为此，在一个实施例中，部件和表面之间的电压差可以被消除，从而消除由部件和表面之间的电压差引起的静电刚度。可以通过任何已知的方法(例如，在部件表面和/或目标表面上提供导电涂层，并将两个表面接地)来消除电压差。

在一个实施例中，代替消除部件和表面之间的电压差，可以提供已知的电压差或者可以确定电压差。在这样的实施例中，如果与目标表面相互作用的部件表面的面积是已知的，则总刚度(即，接近刚度的组合)仍然取决于部件和表面之间的间隙。因此，对于已知或测量的电压差，仍然可以基于使间隙信号不稳定的刚度值来计算参考距离。由于静电刚度的非线性低于例如卡西米尔刚度的非线性(-3的幂乘对-5的幂)，因此使用静电刚度和一个或多个接近刚度的组合来计算间隙距离可能不如单独使用非静电接近刚度那样稳健。已知的电压差应足够低，以避免部件和表面之间的电压击穿。

图14描绘了校准所测量的间隙距离、间隙误差信号和/或设定点值的过程的示例流程图。方法包括：在框1300处，针对使用于将部件相对于表面定位的控制信号不稳定的刚度值，基于部件和表面之间的一个或多个接近刚度(例如，卡西米尔和/或静电刚度)，计算部件和表面之间的所估计的间隙距离。在框1310处，评估与部件和表面之间的间隙距离有关的间隙信号，以标识间隙信号中的不稳定性，不稳定性处的间隙距离是参考间隙距离。在框1320处，针对所估计的间隙距离来评估参考间隙距离，以获得用于将部件相对于表面定位的校正因数。

因此，在一个实施例中，提供了通过利用一个或多个接近力或刚度、使用“绝对间隙测量”来校准GES中的偏移的方法。在该方法中，实际上，通过控制回路检测一个或多个接近刚度，由此可以使用一个或多个适用的理论接近力或刚度公式来导出绝对间隙。由于与间隙的非线性关系，该方法对于估计接近刚度中的误差相对稳健，其中由于(1)对目标类型的(相对小的)依赖性和(2)理论和实际接近力或刚度之间的差异，可能出现估计误差。

但是，在一个实施例中，使用接近力或刚度计算的该校准方法可以受益于进一步的校准，在进一步的校准中，可以例如利用恒定的缩放因数，通过将理论接近力或刚度公式“校准”到具体应用来独立地获得具有足够的准确度的间隙。

因此，在一个实施例中，由于上面描述的粗糙度校准的边界条件被很好地限定(原子级平坦的表面、良好限定的基准件的光学性质等)，并且“目标”(即，基准件)简单(例如，目标不具有多层的光栅结构)，从校准计算确定的间隙的预期准确度较大。因此，如上所述的基准件校准可以提供间隙的独立确定，以使用接近力或刚度计算的校准方法来校准一个或多个参数。

图15示意性地描绘了使用SIL测量的目标的一个或多个参数的模型的重建过程的流程图，模型包括有效介质近似。在1400处，建立针对目标结构的标称参数模型(例如，具有与目标相关联的一个或多个层的尺寸、一个或多个层的一个或多个折射率、用于测量的标称间隙值、所测量的辐射波长和/或偏振等)。在1402处，可选地，执行如本文所述的使用基准件的校准方法，以导出SIL尖端的粗糙度的有效介质近似的一个或多个参数。在1404处，标称参数模型包括SIL 尖端的粗糙度的有效介质近似，可以使用SIL尖端的测量结果来将SIL尖端的粗糙度参数化和/或使用来自1402的一个或多个参数来将 SIL尖端的粗糙度参数化。

在1406处，使用1404的参数模型来计算使用SIL利用测量射束测量目标所预期的理想光瞳(辐射分布)。在1408处，使用SIL针对目标测量辐射强度分布。

在1410处，辐射强度分布被应用于重建过程，以导出目标的一个或多个感兴趣参数1412。例如，可以在1410处使用图6的过程，如果使用图6的过程，则1404的参数模型可以代替参数化模型206。

因此，在一个实施例中，在建模(例如，从所测量的辐射重建感兴趣的参数)中使用SIL尖端粗糙度的有效介质近似。此外，在一个实施例中，可以使用基准件校准方法来确定有效介质近似的一个或多个参数。所以，一个实施例可以使得经重建的感兴趣的参数能够更精确。

因此，在一个实施例中，使用有效介质理论来在例如检查设备中对SIL尖端的粗糙度进行建模。粗糙度模型可以是描述SIL以及使用 SIL测量的测量目标的数学模型的一部分。在一个实施例中，可以使用高n或高κ折射率材料基准件来校准有效介质模型的一个或多个参数。在一个实施例中，可以在机器学习或统计技术中使用一个或多个所确定的EMA参数或所测量的基准件数据或从其导出的一个或多个参数(例如，一个或多个统计数据)来导出一个或多个新的EMA参数。例如，可以在Bayesian正则化中使用一个或多个先前确定的EMA 参数或所测量的基准件数据或者从中导出的一个或多个参数(例如，一个或多个统计数据)来导出新的EMA参数值。在一个实施例中，可以对一个或多个所确定的EMA参数或所测量的基准件数据进行评估来确定是否越过阈值，于是可以给出信号作为诊断来例如警告期望维护或更换SIL。在一个实施例中，通过控制SIL清洁单元的一个或多个清洁参数，信号触发清洁。在一个实施例中，SIL清洁单元位于检查设备中。在一个实施例中，可以使用一个或多个所确定的EMA 参数或所测量的基准件数据来预测一个或多个EMA参数或所测量的基准件数据是否和/或何时将跨越阈值并提供其信号(例如，期望维护 SIL的信号)。在一个实施例中，使用基准件的经重建的间隙被用于使用接近力或刚度计算来对校准方法的一个或多个参数进行校准。

因此，在一个实施例中，SIL尖端粗糙度(表面粗糙度和/或波纹度)的建模可以放宽SIL的设计规范，这可以允许SIL的改进的可制造性和/或导致较低的制造成本。在一个实施例中，一旦校准，SIL尖端将具有更高的准确度。由于超NA工具灵敏，所以经校准的尖端使得能够测量目标表面上的小特征和/或不规则性。在一个实施例中，基准件的使用可以改进工具维护的可预测性，并因此潜在地减少停机时间。在一个实施例中，基准件的使用能够改进工具清洁，并且因此能够减少由于不必要的清洁动作而导致的损失。在一个实施例中，使用基准件的校准可以实现改进的间隙控制。在一个实施例中，通过使用基准件对每个工具进行校准，可以减少不同工具之间的失配。

虽然本文中的各种实施例主要描述了SIL相对于衬底/目标表面的位置控制，但是所公开的方法和设备可以用于控制任何部件(例如，微型悬臂)相对于任何表面的位置。此外，尽管本文的讨论集中于光刻工艺，但是本文描述的技术可以用于其他制造工艺(例如，蚀刻、抗蚀剂显影等工艺)中。

如上所述，在一个实施例中，提供了通过基于一个或多个特定测量信号的技术来控制间隙的各种技术。这些技术在诸如散射仪、对准传感器(确定对准标记之间的对准)、编码器或干涉仪(使得能够进行位置测量)和/或高度或水平传感器(使得能够测量表面的位置)的光学量测和检查设备中具有特定使用性。因此，虽然本文所公开的实施例使用光学量测作为所公开的技术的应用，但是该技术可以应用于 SIL的其他应用中(例如，用于基于由SIL捕获的辐射来重建结构) 或者物体被定位和/或保持非常靠近(例如，在400nm以下的范围内) 另一物体的任何其他应用中。不需要排他地应用该技术，并且可以与一个或多个其他技术组合来应用该技术。

在一个实施例中，提供了涉及辐射强度分布的方法，该辐射强度分布是使用光学部件在距目标一定间隙处针对目标测量的，方法包括：使用所测量的辐射强度分布和描述目标的数学模型来确定感兴趣的参数的值，模型包括针对光学部件的表面或其一部分的粗糙度的有效介质近似。

在一个实施例中，有效介质近似(EMA)是从以下项中选择的一个或多个：布鲁格曼EMA、麦克斯韦-噶尼特理论EMA、德鲁德EMA、体积平均理论EMA、洛伦兹-洛伦茨EMA、并行EMA和/或串行 EMA。在一个实施例中，有效介质近似包括多个有效近似，每个有效近似具有不同的实折射率或复折射率、折射率张量和/或厚度，以及/ 或者所述有效介质近似包括根据距离变化的折射率梯度。在一个实施例中，数学模型是表示目标的周期性结构的周期的单位单元模型。在一个实施例中，方法包括使用数学模型来计算辐射强度分布，并且根据所计算的辐射强度分布与所测量的辐射强度分布的比较来导出参数的值。在一个实施例中，方法还包括：使用光学元件，利用辐射来照射基准件的表面；使用检测器来测量辐射；以及使用所测量的辐射，确定模型中有效介质近似的一个或多个参数。在一个实施例中，基准件表面材料具有折射率，该折射率具有实部nf和虚部kf，其中表面材料具有(1)高nf和低kf或(2)低nf和高kf。在一个实施例中，方法包括另外的数学模型，另外的数学模型包括针对光学元件的表面的粗糙度的有效介质近似以及基准件表面的利用已知参数的表示，并且还包括使用另外的数学模型来计算辐射强度分布，并且根据所计算的辐射强度分布与使用基准件测量的辐射强度分布的比较来导出有效介质近似的一个或多个参数的值。在一个实施例中，感兴趣的参数包括目标的参数。

在一个实施例中，提供了一种涉及描述测量目标的数学模型的方法，模型包括针对用于测量目标的光学元件的表面的粗糙度的有效介质近似，方法包括：使用该光学元件，利用辐射来照射基准件的表面；使用检测器来测量辐射；以及使用所测量的辐射，确定模型中的有效介质近似的一个或多个参数。

在一个实施例中，基准件表面材料具有折射率，该折射率具有实部nf和虚部kf，其中表面材料具有(1)高nf和低kf或(2)低nf 和高kf。在一个实施例中，基准件表面包括用于接收辐射的基本上原子级平坦的表面。在一个实施例中，基准件表面包括用于接收辐射的具有粗糙度的表面。在一个实施例中，基准件表面材料包括选自Ag、 GaP、Si、SiC、BP、Cu、Ta₂O₅和/或Al中的一个或多个。在一个实施例中，其中基准件表面包括晶体。在一个实施例中，晶体包括裂解的晶体。在一个实施例中，其中晶体包括云母。在一个实施例中，基准件表面包括金属。在一个实施例中，基准件表面材料包括液态金属。在一个实施例中，液态金属包括GaInSn或Hg。在一个实施例中，基准件表面包括顶部具有层的材料。在一个实施例中，方法包括在材料顶部上的多个层。在一个实施例中，层包括金属。在一个实施例中，金属包括Al、Cu、Ag和/或Au。在一个实施例中，层包括氧化物。在一个实施例中，氧化物包括Si上的天然SiO₂、Si上的热SiO₂、Al 上的天然Al₂O₃或NiAl(110)上的外延Al₂O₃。在一个实施例中，层包括二维纳米材料。在一个实施例中，二维材料包括单层或多层石墨烯、六方氮化硼或过渡金属二硫化物纳米层。在一个实施例中，方法包括另外的数学模型，另外的数学模型包括针对光学元件的表面的粗糙度的有效介质近似以及基准件表面的利用已知参数的表示，并且还包括使用另外的数学模型来计算辐射强度分布，并且根据所计算的辐射强度分布与使用基准件测量的辐射强度分布的比较来导出有效介质近似的一个或多个参数的值。在一个实施例中，方法包括另外的数学模型，另外的数学模型包括针对光学元件的表面的粗糙度的有效介质近似以及针对基准件表面的粗糙度的进一步参数化的有效介质近似，并且还包括使用另外的数学模型来计算辐射强度分布，并且根据所计算的辐射强度分布与使用基准件测量的辐射强度分布的比较，来导出针对光学元件的表面的粗糙度的有效介质近似的一个或多个参数的值。在一个实施例中，方法还包括：重复照射和测量以获得所测量的基准件数据的多个值和/或重复照射、测量和确定以获得有效介质近似的一个或多个参数的多个值。在一个实施例中，方法进一步包括：在机器学习或统计技术中使用有效介质近似的一个或多个所确定的参数和/或一个或多个所测量的基准件数据或从中导出的一个或多个参数的多个值来导出有效介质近似的一个或多个参数的一个或多个新的值。在一个实施例中，技术包括贝叶斯(Bayesian)正则化。在一个实施例中，方法进一步包括评估有效介质近似的一个或多个所确定的参数或所测量的基准件数据或从中导出的一个或多个参数的多个值中的一个或多个值，以确定是否越过阈值，由此可以给出信号作为诊断。在一个实施例中，信号指示维护或更换光学部件和/或基准件。在一个实施例中，方法还包括：基于信号、通过控制光学部件和/或基准件的清洁单元的一个或多个清洁参数来触发清洁。在一个实施例中，清洁单元位于容纳光学部件和/或基准件的检查设备中。在一个实施例中，方法进一步包括：评估有效介质近似的一个或多个所确定的参数或所测量的基准件数据或从中导出的一个或多个参数的多个值中的一个或多个值，以预测有效介质近似的一个或多个所确定的参数或所测量的基准件数据或从中导出的一个或多个参数是否和/或何时越过阈值，由此可以给出信号作为诊断。在一个实施例中，信号指示维护或更换光学部件。在一个实施例中，方法进一步包括：使用所测量的辐射来重建间隙尺寸并且使用经重建的间隙尺寸来校准使用接近力或刚度的校准方法的一个或多个参数。

在一个实施例中，提供了一种涉及辐射强度分布的方法，该辐射强度分布是使用光学部件在距表面一定间隙处测量的，方法包括：使用所测量的辐射强度分布和描述表面的数学模型，确定光学部件、基准件或目标的粗糙度参数，模型包括针对光学部件的表面或其一部分的粗糙度的有效介质近似。

在一个实施例中，有效介质近似(EMA)选自以下项中的一个或多个：布鲁格曼EMA、麦克斯韦-噶尼特理论EMA、德鲁德EMA、体积平均理论EMA、洛伦兹-洛伦茨EMA、并行EMA和/或串行 EMA。

在一个实施例中，提供了一种制造器件的方法，其中使用光刻工艺将器件图案施加到衬底系列，方法包括：使用如本文所述的方法，检查在衬底的至少一个上形成为器件图案的一部分或在器件图案旁边的至少一个目标，并且根据该方法的结果来控制用于后续衬底的光刻工艺。

在一个实施例中，提供了一种非瞬态计算机程序产品，包括用于使得处理器执行本文的方法的机器可读指令。

在一个实施例中，提供了一种系统，包括：检查设备，被配置为在衬底上的测量目标上提供射束，并检测由目标重新定向的辐射，以确定光刻工艺的参数；以及如本文所述的非瞬态计算机程序产品。

在一个实施例中，系统还包括光刻设备，光刻设备包括：支撑结构，被配置为保持用于调制辐射束的图案形成装置；以及投影光学系统，被布置为将经调制的辐射束投影到辐射敏感衬底上。

本发明的一个实施例可以采取计算机程序的形式或者具有存储在其中的这样的计算机程序的数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)的形式，计算机程序包括描述如本文所公开的方法的一个或多个机器可读指令序列。此外，机器可读指令可以体现在两个或更多个计算机程序中。两个或更多个计算机程序可以存储在一个或多个不同的存储器和/或数据存储介质上。

当一个或多个计算机程序被位于光刻设备的至少一个部件内的一个或多个计算机处理器读取时，本文所描述的任何控制器可以各自或组合地操作。控制器可以各自或组合地具有用于接收、处理和发送信号的任何合适的配置。一个或多个处理器被配置为与至少一个控制器进行通信。例如，每个控制器可以包括一个或多个处理器，用于执行包括针对上述方法的机器可读指令的计算机程序。控制器可以包括用于存储这样的计算机程序的数据存储介质，和/或用于接收这样的介质的硬件。所以控制器(一个或多个)可以根据一个或多个计算机程序的机器可读指令进行操作。尽管在本文中可以具体参考在IC制造中使用检查设备，但是应理解，本文所描述的检查设备可以具有其他应用(例如，制造集成光学系统、用于磁畴存储器、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等的引导或检测模式)。本领域技术人员将认识到，在这样的备选应用的上下文中，本文中术语“晶片”或“裸片”的任何使用可以被认为分别与更一般的术语“衬底”或“目标部分”同义。在曝光之前或之后，可以在例如轨道(通常将抗蚀剂层施加到衬底并将曝光的抗蚀剂显影的工具)、量测工具和/或检查工具中处理本文参考的衬底。在适用的情况下，本文的公开内容可以应用于这样的衬底处理工具和其他衬底处理工具。此外，衬底可以被多次处理，例如以创建多层IC，使得本文使用的术语衬底还可以指代已包含一个或多个经处理的层的衬底。

以下编号的子句提供了根据本发明的其他实施例：

1.一种涉及辐射强度分布的方法，所述辐射强度分布是使用光学部件在距目标一定间隙处针对所述目标测量的，方法包括：

使用所测量的辐射强度分布和描述目标的数学模型来确定感兴趣的参数的值，模型包括针对光学部件的表面或其一部分的粗糙度的有效介质近似。

2.根据子句1所述的方法，其中有效介质近似(EMA)选自以下项中的一个或多个：布鲁格曼EMA、麦克斯韦-噶尼特理论EMA、德鲁德EMA、体积平均理论EMA、洛伦兹-洛伦茨EMA、并行EMA 和/或串行EMA。

3.根据子句1或子句2所述的方法，其中有效介质近似包括多个有效近似，每个有效近似具有不同的实折射率或复折射率、折射率张量和/或厚度，以及/或者所述有效介质近似包括根据距离变化的折射率梯度。

4.根据子句1至3中任一项所述的方法，其中数学模型是表示目标的周期性结构的周期的单位单元模型。

5.根据子句1至4中任一项所述的方法，包括使用数学模型计算辐射强度分布，并且根据所计算的辐射强度分布与所测量的辐射强度分布的比较来导出参数的值。

6.根据子句1至5中任一项所述的方法，还包括：

使用光学元件，利用辐射来照射基准件的表面；

使用检测器来测量辐射；以及

使用所测量的辐射，确定模型中有效介质近似的一个或多个参数。

7.根据子句6所述的方法，其中基准件表面材料具有折射率，该折射率具有实部nf和虚部kf，其中表面材料具有(1)高nf和低kf 或(2)低nf和高kf。

8.根据子句6或7所述的方法，包括另外的数学模型，另外的数学模型包括针对光学元件的表面的粗糙度的有效介质近似以及基准件表面的利用已知参数的表示，并且进一步包括：使用另外的数学模型计算辐射强度分布，并且根据所计算的辐射强度分布与使用基准件测量的辐射强度分布的比较来导出有效介质近似的一个或多个参数的值。

9.根据子句1至8中任一项所述的方法，其中感兴趣的参数包括目标的参数。

10.一种涉及描述测量目标的数学模型的方法，模型包括针对用于测量目标的光学元件的表面的粗糙度的有效介质近似，方法包括：

使用光学元件、利用辐射来照射基准件的表面；

使用检测器来测量辐射；以及

使用所测量的辐射，确定模型中有效介质近似的一个或多个参数。

11.根据子句10所述的方法，其中基准件表面材料具有折射率，该折射率具有实部nf和虚部kf，其中表面材料具有(1)高nf和低 kf或(2)低nf和高kf。

12.根据子句10或子句11所述的方法，其中基准件表面包括用于接收辐射的基本上原子级平坦的表面。

13.根据子句10至12中任一项所述的方法，其中基准件表面包括用于接收辐射的具有粗糙度的表面。

14.根据子句10至13中任一项所述的方法，其中基准件表面材料包括选自Ag、GaP、Si、SiC、BP、Cu、Ta₂O₅和/或Al中的一个或多个。

15.根据子句10至14中任一项所述的方法，其中基准件表面包括晶体。

16.根据子句15所述的方法，其中晶体包括裂解的晶体。

17.根据子句15或子句16所述的方法，其中晶体包括云母。

18.根据子句10至17中任一项所述的方法，其中基准件表面包括金属。

19.根据子句10至18中任一项所述的方法，其中基准件表面材料包括液态金属。

20.根据子句19所述的方法，其中液态金属包括GaInSn或Hg。

21.根据子句10至20中任一项所述的方法，其中基准件表面包括顶部具有层的材料。

22.根据子句21所述的方法，包括在材料的顶部上的多个层。

23.根据子句21或子句22所述的方法，其中层包括金属。

24.根据子句23所述的方法，其中金属包括Al、Cu、Ag和/或 Au。

25.根据子句21至24中任一项所述的方法，其中层包括氧化物。

26.根据子句25所述的方法，其中氧化物包括Si上的天然SiO₂、 Si上的热SiO₂、Al上的天然Al₂O₃或NiAl(110)上的外延Al₂O₃。

27.根据子句21至26中任一项所述的方法，其中层包括二维纳米材料。

28.根据子句27所述的方法，其中二维材料包括单层或多层石墨烯、六方氮化硼或过渡金属二硫化物纳米层。

29.根据子句10至28中任一项所述的方法，包括另外的数学模型，另外的数学模型包括针对光学元件的表面的粗糙度的有效介质近似以及基准件表面的利用已知参数的表示，并且进一步包括：使用另外的数学模型来计算辐射强度分布，并且根据所计算的辐射强度分布与使用基准件测量的辐射强度分布的比较来导出有效介质近似的一个或多个参数的值。

30.根据子句10至29中任一项所述的方法，包括另外的数学模型，另外的数学模型包括针对光学元件的表面的粗糙度的有效介质近似以及针对基准件表面的粗糙度的进一步参数化的有效介质近似，并且还包括：使用另外的数学模型来计算辐射强度分布，并且根据所计算的辐射强度分布与使用基准件测量的辐射强度分布的比较，来导出针对光学元件的表面的粗糙度的有效介质近似的一个或多个参数的值。

31.根据子句10至30中任一项所述的方法，还包括重复照射和测量以获得所测量的基准件数据的多个值和/或重复照射、测量和确定以获得有效介质近似的一个或多个参数的多个值。

32.根据子句31所述的方法，还包括在机器学习或统计技术中使用有效介质近似的一个或多个所确定的参数和/或一个或多个所测量的基准件数据或从中导出的一个或多个参数的多个值来导出有效介质近似的一个或多个参数的一个或多个新的值。

33.根据子句32所述的方法，其中技术包括Bayesian正则化。

34.根据子句31至33中任一项所述的方法，还包括评估有效介质近似的一个或多个所确定的参数或所测量的基准件数据或者从其导出的一个或多个参数的多个值中的一个或多个值，以确定是否越过阈值，由此可以给出信号作为诊断。

35.根据子句34所述的方法，其中信号指示维护或更换光学部件和/或基准件。

36.根据子句34或子句35所述的方法，还包括：基于信号，通过控制光学部件和/或基准件的清洁单元的一个或多个清洁参数来触发清洁。

37.根据子句36所述的方法，其中清洁单元位于容纳光学部件和 /或基准件的检查设备中。

38.根据子句 31至37所述的方法，还包括评估有效介质近似的一个或多个所确定的参数或所测量的基准件数据或从中导出的一个或多个参数的多个值中的一个或多个值，以预测有效介质近似的一个或多个所确定的参数或所测量的基准件数据或从其导出的一个或多个参数是否和/或何时将越过阈值，由此可以给出信号作为诊断。

39.根据子句38所述的方法，其中信号指示维护或更换光学部件。

40.根据子句10至39中任一项所述的方法，还包括：使用所测量的辐射来重建间隙尺寸并且使用经重建的间隙尺寸来校准使用接近力或刚度计算的校准方法的一个或多个参数。

41.一种涉及辐射强度分布的方法，该辐射强度分布是使用光学部件在距表面一定间隙处测量的，方法包括：

使用所测量的辐射强度分布和描述表面的数学模型，确定光学部件、基准件或目标的粗糙度参数，模型包括针对光学部件的表面或其一部分的粗糙度的有效介质近似。

42.根据子句41所述的方法，其中有效介质近似(EMA)选自以下项中的一个或多个：布鲁格曼EMA、麦克斯韦-噶尼特理论EMA、德鲁德EMA、体积平均理论EMA、洛伦兹-洛伦茨EMA、并行EMA 和/或串行EMA。

43.一种制造器件的方法，其中使用光刻工艺将器件图案施加到衬底系列，方法包括：使用根据子句1至42中任一项所述的方法，检查在衬底的至少一个上形成为器件图案的一部分或在器件图案旁边的至少一个目标，并且根据方法的结果来控制用于后续衬底的光刻工艺。

44.一种非瞬态计算机程序产品，包括用于使得处理器执行子句 1至43中任一项所述的方法的机器可读指令。

45.一种系统，包括：

检查设备，被配置为在衬底上的测量目标上提供射束，并且检测由目标重新定向的辐射，以确定光刻工艺的参数；以及

根据子句44所述的非瞬态计算机程序产品。

46.根据子句45所述的系统，还包括光刻设备，光刻设备包括：支撑结构，被配置为保持用于调制辐射束的图案形成装置；以及投影光学系统，被布置为将经调制的辐射束投影到辐射敏感衬底上。

尽管上面已对本发明的实施例在光学光刻的上下文中的使用进行了具体的参考，但是应理解，本发明可以用于其他应用(例如，压印光刻)，并且在上下文允许的情况下不限于光学光刻。本文中使用的术语“辐射”和“射束”包括所有类型的电磁辐射(包括紫外(UV)辐射(例如，具有或约365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或 126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如，具有在5nm-20nm范围内的波长))以及诸如离子束或电子束的粒子束。

在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以指代各种类型的光学部件(包括折射型、反射型、磁性型、电磁型和静电型光学部件)中的任一个或其组合。

尽管以上已描述了本发明的具体实施例，但是应理解，可以以与上述不同的方式来实践本发明。例如，本发明可以采用计算机程序的形式或具有存储在其中的这样的计算机程序的数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)的形式，计算机程序包含描述如上所公开的方法的一个或多个机器可读指令序列。

以上描述旨在说明而非限制。因此，对于本领域技术人员，可以在不脱离下面阐述的权利要求的范围的情况下对所描述的本发明进行修改是显而易见的。

Claims (15)

1.一种涉及辐射强度分布的方法，所述辐射强度分布是使用光学元件在距目标一定间隙处针对所述目标测量的，所述方法包括：

使用所测量的辐射强度分布和描述所述目标的数学模型来确定感兴趣的参数的值，所述模型包括针对所述光学元件的表面或所述光学元件的表面的一部分的粗糙度的有效介质近似。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述有效介质近似(EMA)选自以下项中的一个或多个：布鲁格曼EMA、麦克斯韦-噶尼特理论EMA、德鲁德EMA、体积平均理论EMA、洛伦兹-洛伦茨EMA、并行EMA和/或串行EMA。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述有效介质近似包括多个有效近似，每个有效近似具有不同的实折射率或复折射率、折射率张量和/或厚度，以及/或者所述有效介质近似包括根据距离变化的折射率梯度。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述数学模型是表示所述目标的周期性结构的周期的单位单元模型。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，包括使用所述数学模型来计算辐射强度分布，并且根据所计算的辐射强度分布与所测量的辐射强度分布的比较来导出所述参数的值。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，还包括：

使用所述光学元件、利用辐射来照射基准件的表面；

使用检测器来测量所述辐射；以及

使用所测量的辐射，确定所述模型中所述有效介质近似的一个或多个参数。

7.一种涉及描述测量目标的数学模型的方法，所述模型包括针对用于测量所述目标的光学元件的表面的粗糙度的有效介质近似，所述方法包括：

使用所述光学元件、利用辐射来照射基准件的表面；

使用检测器来测量所述辐射；以及

使用所测量的辐射，确定所述模型中所述有效介质近似的一个或多个参数。

8.根据权利要求7所述的方法，包括第一另外的数学模型，所述第一另外的数学模型包括针对所述光学元件的所述表面的粗糙度的所述有效介质近似以及所述基准件表面的利用已知参数的表示，并且进一步包括：使用所述第一另外的数学模型来计算辐射强度分布，并且根据所计算的辐射强度分布与使用所述基准件测量的所述辐射强度分布的比较来导出所述有效介质近似的所述一个或多个参数的值。

9.根据权利要求7或8所述的方法，包括第二另外的数学模型，所述第二另外的数学模型包括针对所述光学元件的所述表面的粗糙度的所述有效介质近似以及针对所述基准件表面的粗糙度的进一步参数化的有效介质近似，并且还包括：使用所述第二另外的数学模型来计算辐射强度分布，并且根据所计算的辐射强度分布与使用所述基准件测量的辐射强度分布的比较，来导出针对所述光学元件的所述表面的粗糙度的所述有效介质近似的所述一个或多个参数的值。

10.根据权利要求7或8所述的方法，还包括重复照射和测量以获得所测量的基准件数据的多个值和/或重复照射、测量和确定以获得所述有效介质近似的一个或多个参数的多个值。

11.根据权利要求7或8所述的方法，还包括：使用所测量的辐射来重建所述光学元件和所述目标之间的间隙的尺寸，并且使用所重建的所述间隙的所述尺寸来校准使用接近力或刚度计算的校准方法的一个或多个参数。

12.一种制造器件的方法，其中使用光刻工艺将器件图案施加到衬底系列，所述方法包括：使用根据权利要求1至11中任一项所述的方法，检查在所述衬底的至少一个上形成为所述器件图案的一部分或在所述器件图案旁边的至少一个目标，并且根据所述方法的结果来控制用于后续衬底的所述光刻工艺。

13.一种非瞬态计算机可读存储介质，所述非瞬态计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于使得处理器执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法的机器可读指令。

14.一种用于检查和量测的系统，包括：

检查设备，被配置为在衬底上的测量目标上提供射束，并且检测由所述目标重新定向的辐射，以确定光刻工艺的参数；以及

根据权利要求13所述的非瞬态计算机可读存储介质。

15.根据权利要求14所述的系统，还包括光刻设备，所述光刻设备包括：支撑结构，被配置为保持用于调制辐射束的图案形成装置；以及投影光学系统，被布置为将经调制的辐射束投影到辐射敏感衬底上。

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