CN109690410B

CN109690410B - 用于导出校正的方法和设备、用于确定结构性质的方法和设备、器件制造方法

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Publication number: CN109690410B
Application number: CN201780055481.8A
Authority: CN
Inventors: N·库马尔; A·J·H·薛乐肯; S·T·范德波斯特; F·兹杰普; W·M·J·M·科内; P·D·范福尔斯特; D·阿克布鲁特; S·罗伊
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2021-08-17
Anticipated expiration: 2037-08-21
Also published as: US20190212660A1; KR20190046988A; JP6773894B2; WO2018046284A1; IL265262A; IL265262B2; KR102326190B1; JP2019529971A; CN109690410A; IL265262B1; US11243470B2

Abstract

光学系统传送照射辐射并收集在与衬底上的目标结构的相互作用之后的辐射。测量强度轮廓被用来计算结构的性质的测量。光学系统可以包括固体浸没透镜。在校准方法中，控制光学系统以使用第一照射轮廓来获得第一强度轮廓，并使用第二照射轮廓来获得第二强度轮廓。轮廓被用来导出用于减轻重影反射影响的校正。使用例如不同取向的半月形照射轮廓，该方法甚至在SIL将引起全内反射的情况下也可以测量重影反射。光学系统可以包括污染物检测系统，以基于所接收的散射检测辐射来控制移动。光学系统可以包括具有介电涂层的光学组件，以增强渐逝波相互作用。

Description

用于导出校正的方法和设备、用于确定结构性质的方法和设备、器件制造方法

技术领域

本说明书涉及光学系统的校准。本文描述的实施例可以应用于例如检查设备中，并且例如应用于可在例如通过光刻技术的器件制造中使用的光刻设备中。本文描述的实施例可以应用于例如采用固体浸没透镜(SIL)或微型SIL的检查设备中。

背景技术

光刻工艺是将所期望图案施加到衬底上(通常施加到衬底的目标部分上)的工艺。例如，可以在集成电路(IC)的制造过程中使用光刻设备。在那种情况下，可以使用图案化器件(其可替代地被称为掩模或掩模版)来生成要在IC的个体层上形成的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括裸片的一部分、一个裸片或若干裸片)上。图案的转移通常经由成像到衬底上所提供的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。可以涉及步进和/或扫描运动，以在衬底上的连续目标部分处重复图案。还可以通过将图案压印到衬底上而将图案从图案化器件转移到衬底。

在光刻工艺中，例如为了工艺控制和验证，频繁需要对所产生的结构进行测量。已知用于进行这种测量的各种工具包括通常被用来测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜，以及用于测量光刻设备的散焦和套刻(在不同图案化步骤中形成的图案之间例如在器件中的两层之间的对准的精度)的专用工具。最近，已经开发了各种形式的散射仪以在光刻领域中使用。这些装置将一束辐射引导到目标上并测量散射辐射的一个或多个性质——例如，作为波长的函数的单个反射角处的强度；作为反射角的函数的一个或多个波长处的强度；或者作为反射角的函数的偏振——以获得“光谱”或“光瞳图像”，从中可以确定感兴趣的目标的性质。可以通过各种技术来确定感兴趣的性质：例如，通过诸如严格耦合波分析或有限元方法之类的迭代方法来重建目标结构；库搜索；和主分量分析。

散射仪的示例包括美国专利申请公开号US 2006-033921和US 2010-201963中所述类型的角度分辨散射仪。这种散射仪所使用的目标相对较大，例如40μm×40μm的光栅，并且测量光束生成小于光栅的光斑(即，光栅欠填充)。除了通过重建测量特征形状之外，可以使用如美国专利申请公开号US 2006-066855中描述的此类设备来测量基于衍射的套刻。在美国专利申请公开号US 2011-0027704、US 2006-033921和US 2010-201963中也公开了方法和散射仪。随着光刻处理中物理尺寸的减小，需要检查越来越小的特征，并且还需要减少被专用于量测的目标所占据的空间。所有这些申请的内容通过引用并入本文。

为了例如增加可以被捕获的散射角的范围，可以在物镜和目标结构之间提供固体浸没透镜(SIL)或微型SIL(微SIL)。在美国专利申请公开号US 2009-316979中公开了包括固体浸没透镜(SIL)的角度分辨散射仪的一个示例。SIL与目标的极度接近导致大于1的非常高的有效NA，这意味着可以在光瞳图像中捕获更大范围的散射角。在美国专利申请公开号US 2016-061590中公开了这种SIL在针对半导体量测的检查设备中的应用。

为了利用增加的数值孔径，需要将SIL和目标之间的间隙设置并保持到最佳值。例如，间隙可以是几十纳米，例如在10nm至100nm的范围内，以将SIL保持在与衬底的光学相互作用的近场中。在美国专利申请公开号US 2016-061590和2016年4月19日提交的PCT专利申请号PCT/EP2016/058640中描述了用于控制SIL元件的高度的布置。所有被提及的申请和专利申请公开的内容通过引用整体并入本文。SIL的使用可以允许较小照射光斑的形成，并因此也可以允许较小目标的使用。

发明内容

本公开一般适用于光学系统的校准。本公开不限于应用于任何特定类型的检查设备，或甚至通常不限于应用于检查设备。本公开的原理不限于包括SIL元件或微SIL元件的光学系统。然而，本文描述的实施例在用于检查设备的光学系统中以及在包括SIL或微SIL元件的光学系统中找到了有用的应用。光学系统中的问题通常是由光学系统内的材料和表面所反射和散射的辐射的问题，其以不可预测的方式与所需要的辐射混合并降低了对比度或将噪声引入到所捕获的信息中。因此，通常采取一个或多个校准步骤，使得在为了测量目的而捕获图像或其他信号时可以校正这种不需要的辐射的影响。

考虑散射量测光瞳检测作为示例，位于光学系统的后焦平面附近的图像传感器捕获光瞳图像形式的散射数据(散射光谱)。除了散射数据之外，图像传感器还拾取可能被称为“重影(ghost)”的信号。这些不是由感兴趣的目标结构引起而是由例如来自光学系统内的表面的反射引起的。它们在同时使用相同的光学元件(诸如物镜)来传送照射辐射并在与目标的相互作用之后捕获散射数据时尤其重要。将入射光束与出射光束分离的一种方式是利用定位在目标结构的位置中的光束收集器(辐射吸收器件)来捕获光瞳图像。所捕获的图像然后仅仅是由于光学表面处的不期望的反射引起的，并且可以从未来的图像中将其减去以校正重影信号。然而，期望一种替代校准方法。例如，在基于SIL的光学系统中，当在亚波长距离处不存在目标时，在SIL内可能存在全内反射。

可以执行另一种类型的校准步骤以表征通过光学系统的透射。用于该校准的方法是镜校准，其使用具有明确定义的反射率的反射元件。镜校准可以被用来计算用于改变波长、入射角和/或入射偏振的显微镜物镜的光学透射。然而，期望另一种替代校准方法。在包括物镜和SIL的光学系统的情况下，可能无法在镜校准中使用镜来测量通过物镜和SIL的透射。

可以在散射仪中执行的其他类型的校准是测量所谓的数值孔径缩放(NA缩放)并且在所捕获的图像内定位光瞳对称点。用于这些校准的方法可能是耗时的，因此对这些步骤也感兴趣替代方法。

本公开适用于改善在固体浸没透镜的表面处行进的渐逝波与衬底的被检查表面的相互作用。在颗粒检测系统中遇到的一个常见问题是反射辐射相对于由衬底表面处的污染颗粒所散射的辐射的相对大的背景。检测系统的信噪比因此很差。本公开提出了针对该问题的解决方案。

本公开适用于保护固体浸没透镜与被检查衬底的表面上的颗粒或结构的抵触。

根据一个方面，提供了一种导出用于光学系统的校正的方法，所述光学系统可操作用于将照射辐射传送到目标结构并且收集在与所述目标结构相互作用之后的辐射，所述方法包括：

获得第一强度轮廓，该第一强度轮廓表示在根据第一照射轮廓照射所述光学系统的光瞳时由所述光学系统收集的辐射；

获得第二强度轮廓，该第二强度轮廓表示在根据不同于所述第一照射轮廓的第二照射轮廓照射光学系统的光瞳时由所述光学系统收集的辐射；以及

使用所述第一强度轮廓和第二强度轮廓来导出校正，与和目标结构的相互作用相反，该校正用于减轻照射辐射与光学系统的相互作用的影响。

使用利用不同照射轮廓检测到的强度轮廓，所述方法有效地分离了来自所述光学系统的不同部分的重影反射的影响，从而可以计算校正。

在一些实施例中，使用所述第一强度轮廓和第二强度轮廓的不同部分来合成表示所述照射辐射与所述光学系统的相互作用的影响的强度轮廓。

可以应用所述方法来在包括SIL组件的光学系统的情况下获得校正，其中现有方法可能失败。在不同的照射轮廓具有不同的明暗部分的情况下，可以将全内反射的影响限制在每个强度轮廓中的光瞳的特定部分。

根据一个方面，提供了一种确定结构的性质的方法，所述方法包括通过如上所述的方法导出一个或多个校正，并且还包括：

接收表示在与所述结构的相互作用之后由所述光学系统收集的辐射的测量强度轮廓；以及

至少部分地基于所述测量强度轮廓并使用导出的校正来计算所述结构的性质的测量。

根据一个方面，提供了一种控制光学系统相对于测量表面的移动的方法，所述光学系统可操作为将照射辐射传送到所述测量表面并且收集在与所述测量表面的相互作用之后的辐射，所述方法包括：

用检测辐射照射所述测量表面；

接收由所述测量表面散射的检测辐射；以及

基于所接收的散射检测辐射来控制所述光学系统的移动。

根据一个方面，提供了一种设备，其被配置为执行根据本文阐述的方法控制光学系统的移动的方法。

根据一个方面，提供了一种用于检查表面的光学系统，所述光学系统被配置为将照射辐射传送到所述表面并收集在与所述表面的相互作用之后的辐射，所述光学系统包括至少一个光学元件，该至少一个光学元件被设置有介电涂层，所述介电涂层被配置为增强所述光学元件和所述表面之间的渐逝波相互作用。

根据一个方面，提供了一种用于导出用于光学系统的校正的设备，是光学系统可操作用于将照射辐射传送到目标结构并收集在与所述目标结构的相互作用之后的辐射，所述设备包括处理器，所述处理器被配置为：

接收第一强度轮廓，该第一强度轮廓表示在根据第一照射轮廓照射所述光学系统的光瞳时由所述光学系统收集的辐射；

接收第二强度轮廓，该第二强度轮廓表示在根据不同于所述第一照射轮廓的第二照射轮廓照射光学系统的光瞳时由所述光学系统收集的辐射；以及

使用所述第一强度轮廓和第二强度轮廓来导出校正，与和目标结构的相互作用相反，所述校正用于减轻所述照射辐射与所述光学系统的相互作用的影响。

所述处理器还可以被配置为：

接收表示在与感兴趣结构的相互作用之后由所述光学系统收集的辐射的测量强度轮廓；以及

至少部分地基于测量强度轮廓并使用导出的校正来计算所述结构的性质的测量。

根据一个方面，提供了一种检查设备，包括光学系统、用于所述光学系统的控制系统和如上所述的设备，所述控制系统被配置为控制所述光学系统以获得所述第一强度轮廓和第二强度轮廓，从所述感兴趣的结构获得所述测量强度轮廓，并且如果适用，则获得另一强度轮廓以及第三强度轮廓和第四强度轮廓，并且将所述强度轮廓传送到处理器，以用于导出所述校正和计算所述感兴趣结构的性质。

本文公开的步骤可以以上下文允许的任何顺序执行，并且不需要以指定的顺序执行。因此，例如，在接收测量强度轮廓之前还是之后接收用于在导出校正中使用的强度轮廓是一个选择问题。相同的原理适用于操作光学系统以获得强度轮廓的顺序。

根据一个方面，提供了一种计算机程序产品，其包含用于使处理系统通过如本文所述的方法导出校正的一个或多个机器可读指令序列。该计算机程序产品可以包括非瞬态存储介质。

根据一个方面，提供了一种包括光刻工艺步骤的制造器件的方法，其中，在执行光刻工艺步骤之前或之后，通过本文所述的方法获得衬底上的结构的测量，并且其中，所获得的测量被用来调节光刻工艺步骤的参数，以用于衬底和/或其他衬底的处理。

通过考虑下面描述的示例，这些和其他方面对于技术人员将变得显而易见。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式描述实施例，附图中：

图1描绘了光刻设备；

图2描绘了光刻单元或簇，其中可以使用如本文所述的检查设备；

图3作为其中可以应用本文描述的实施例的光学系统的示例描绘了被配置为执行角度分辨散射量测的检查设备的示例；

图4图示出了使用光束收集器(beam bump)和基准反射器的方法中的校准步骤；

图5作为其中可以应用本文描述的实施例的光学系统的另一示例描绘了被配置为执行角度分辨散射量测的检查设备的示例，其中光学系统包括固体浸没透镜(SIL)；

图6(a)、图6(b)和图6(c)更详细地示出了包括固体浸没透镜的图5的设备的光学系统的特性；

图7(a)、图7(b)、图7(c)、图7(d)、图7(e)、图7(f)、图7(g)和图7(h)图示出了在用于图5和图6的设备的校准方法的步骤中的照射模式和检测模式；

图8(a)示意性地图示出了在图7的校准方法的步骤中捕获的光瞳图像的形式；

图8(b)图示出了沿图8(a)中所图示类型的真实光瞳图像中的线B-B'的强度轮廓；

图9图示出了在图5的设备的图像传感器上捕获散射量测光瞳图像和参考光瞳图像；

图10是应用本公开的各种原理的校准方法的流程图；

图11图示出了根据本公开的实施例的检测系统；

图12是图示出了使用由图11的检测系统进行的测量来控制量测方法的和/或光刻制造工艺的执行的方法的流程图；

图13(a)图示出了根据本公开的另一个实施例的检测系统；

图13(b)图示出了根据一个实施例的孔径，该孔径是如图13(a)中所图示的检测系统的一部分；

图14(a)图示出了包括受污染衬底的根据图13(a)的检测系统；

图14(b)图示出了散射辐射相对于图13(b)的孔径的相对位置；

图15(a)图示出了根据本公开的另一个实施例的检测系统；

图15(b)图示出了根据另一个实施例的孔径，该孔径是图15(a)的检测系统的一部分；以及

图16图示出了包括被设置有介电涂层的固体浸没透镜的检测系统。

具体实施方式

在详细描述实施例之前，呈现在其中可以实现各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。该设备包括被配置为调节辐射光束B(例如UV辐射或DUV辐射)的照射系统(照射器)IL，被构造成支撑图案化器件(例如掩模)MA并连接到第一定位器PM的图案化器件支撑件或支撑结构(例如掩模台)MT，该第一定位器PM被配置为根据某些参数精确地定位图案化器件；两个衬底台(例如晶片台)WTa和WTb，其各自被构造成保持衬底(例如，抗蚀剂涂覆的晶片)W并且各自连接到第二定位器PW，该第二定位器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，折射投影透镜系统)PS，其被配置为将由图案化器件MA赋予给辐射光束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个裸片)上。参考框架RF连接各种组件，并且用作参考以用于设置和测量图案化器件和衬底的以及在它们上的特征的位置。

照射系统可以包括用于引导、成形或控制辐射的各种类型的光学组件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或其他类型的光学组件或其任何组合。

图案化器件支撑件以取决于图案化器件的取向、光刻设备的设计和其他条件(诸如例如，图案化器件是否被保持在真空环境中)的方式来保持图案化器件。图案化器件支撑件可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术来保持图案化器件。图案化器件支撑件MT可以是例如框架或桌台，其可以根据需要是固定的或可移动的。图案化器件支撑件可以确保图案化器件例如相对于投影系统处于期望的位置。

本文中使用的术语“图案化器件”应当被广义地解释为指代可以被用来在其横截面中赋予辐射光束图案以便在衬底的目标部分中产生图案的任何器件。应当注意，被赋予辐射光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，例如在图案包括相移特征或所谓的辅助特征的情况下。通常，被赋予辐射光束的图案将对应于在诸如集成电路之类的目标部分中创建的器件中的特定功能层。

如这里所描绘的，该设备是透射型(例如，采用透射图案化器件)。替代地，该设备可以是反射型(例如，采用如上所指的类型的可编程反射镜阵列，或采用反射掩模)。图案化器件的示例包括掩模、可编程镜阵列和可编程LCD面板。本文中的术语“掩模版”或“掩模”的任何使用可以被认为与更通用的术语“图案化器件”同义。术语“图案化器件”也可被解释为指代以数字形式存储图案信息以供在控制这种可编程图案化器件中使用的器件。

本文中使用的术语“投影系统”应该被广义地解释为包括任何类型的投影系统，包括折射、反射、反射折射、磁、电磁和静电光学系统或其任何组合，对于所使用的曝光辐射或者对于诸如使用浸没液体或使用真空之类的其他因素是适合的。本文中对术语“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。

光刻设备也可以是这样一种类型，其中至少一部分衬底可以被具有相对高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统和衬底之间的空间。也可以将浸没液体应用于光刻设备中的其他空间，例如，在掩模和投影系统之间。浸没技术在本领域中是众所周知的，用于增加投影系统的数值孔径。

在操作中，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射光束。例如当源是准分子激光器时，源和光刻设备可以是分开的实体。在这种情况下，源不被认为是光刻设备的一部分，并且辐射光束借助于光束传送系统BD而从光源SO被传递到照射器IL，光束传送系统BD包括例如合适的导向镜和/或光束扩展器。在其他情况下，例如当源是汞灯时，源可以是光刻设备的集成部分。如果需要，源SO和照射器IL以及光束传送系统BD一起可以被称为辐射系统。

照射器IL可以例如包括用于调节辐射光束的角强度轮廓的调节器AD、积分器IN和聚光器CO。照射器可以被用来调节辐射光束，以在其横截面中具有期望的均匀性和强度轮廓。

将辐射光束B入射在被保持在图案化器件支撑件MT上的图案化器件MA上，并且由图案化器件图案化。在穿越图案化器件(例如掩模)MA之后，辐射光束B穿过投影系统PS，其将光束聚焦到衬底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，干涉测量器件、线性编码器、2-D编码器或电容传感器)，可以精确地移动衬底台WTa或WTb，例如以便将不同的目标部分C定位在辐射光束B的路径中。类似地，第一定位器PM和另一个位置传感器(图1中未明确描绘出)可以被用来相对于辐射光束B的路径精确地定位图案化器件(例如掩模)MA——例如在从掩模库中进行机械检索之后或在扫描期间。

可以使用图案化器件对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案化器件(例如掩模)MA和衬底W。尽管如所图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(这些被已知为划线对准标记)。类似地，在图案化器件(例如掩模)MA上提供多于一个裸片的情形中，图案化器件对准标记可位于裸片之间。在器件特征之中，小型对准标记也可以被包括在裸片内，在这种情况下，期望标记尽可能小并且不需要与相邻特征不同的任何成像或工艺条件。下面进一步描述检测对准标记的对准系统。

所描绘的设备可以以各种模式使用。在扫描模式中，在将赋予辐射光束的图案投影到目标部分C上(即单次动态曝光)时，同时扫描图案化器件支撑件(例如，掩模台)MT和衬底台WT。衬底台WT相对于图案化器件支撑件(例如掩模台)MT的速度和方向可以通过投影系统PS的(缩小率)放大率和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光场的最大大小限制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)。其他类型的光刻设备和操作模式也是可能的。例如，步进模式是已知的。在所谓的“无掩模”光刻中，可编程图案化器件保持静止但具有变化的图案，并且移动或扫描衬底台WT。

也可以采用上述使用模式的组合和/或变体或者完全不同的使用模式。

光刻设备LA是所谓的双级类型，其具有两个衬底台WTa、WTb和两个站——曝光站EXP和测量站MEA——衬底台可以在它们之间交换。当一个衬底台上的一个衬底正在曝光站处被曝光时，另一个衬底可以在测量站处被加载到另一个衬底台上并且各种预备步骤被执行。这使得设备的吞吐量显著增加。预备步骤可以包括使用水平传感器LS来映射衬底的表面高度轮廓，并且使用对准传感器AS来测量对准标记在衬底上的位置。如果位置传感器IF在其位于测量站处以及位于曝光站处时不能测量衬底台的位置，则相对于参考框架RF，可以提供第二位置传感器以在两个站处使得衬底台的位置能够被跟踪。其他布置是已知的并且可用于代替所示出的双级布置。例如，在其中提供衬底台和测量台的其他光刻设备是已知的。这些在执行预备测量时对接在一起，然后在衬底台经历曝光时脱开。

该设备还包括光刻设备控制单元LACU，其控制所描述的各种致动器和传感器的所有移动和测量。LACU还包括用以实现与设备操作相关的所需计算的信号处理和数据处理能力。实际上，控制单元LACU将被实现为许多子单元的系统，每个子单元处理设备内的子系统或组件的实时数据采集、处理和控制。例如，一个处理子系统可以被专用于衬底定位器PW的伺服控制。分开的单元甚至可以处理粗和精执行器或不同的轴。另一个单元可以被专用于位置传感器IF的读出。设备的整体控制可以由与这些子系统通信的中央处理单元来控制。

如图2中所示，光刻设备LA形成光刻单元LC的一部分，有时也被称为光刻单元或簇，其还包括在衬底上执行曝光前和曝光后处理的设备。通常，这些包括用以沉积抗蚀剂层的一个或多个旋涂器SC、用以显影曝光的抗蚀剂的一个或多个显影剂DE、一个或多个冷却板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/O2拾取衬底，在不同的处理设备之间移动它们并将它们传送到光刻设备的装载台LB。这些通常被统称为“轨道”的装置受轨道控制单元TCU的控制，轨道控制单元TCU本身由监督控制系统SCS控制，监督控制系统SCS还经由光刻控制单元LACU来控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备以最大化吞吐量和处理效率。

为了使由光刻设备曝光的衬底正确且一致地曝光，期望检查曝光的衬底以测量诸如后续层之间的套刻误差、线厚度、临界尺寸(CD)等的性质。因此，其中定位有光刻单元LC的制造设施还包括量测系统MET，其接收已经在光刻单元中处理的一些或全部衬底W。量测结果直接或间接提供给监督控制系统SCS。如果检测到错误，则可以对后续衬底的曝光进行调节，尤其是在可以快速且足够快地进行检查以使相同批次的其他衬底仍然被曝光的情况下。而且，已曝光的衬底可以被剥离和再加工以提高产量，或者被丢弃，从而避免在已知有缺陷的衬底上进行进一步的处理。在衬底的仅仅一些目标部分有缺陷的情况下，可以仅对那些良好的目标部分进行进一步的曝光。

在量测系统MET中，检查设备被用来确定衬底的性质，并且特别地是确定不同衬底的性质如何变化或者同一衬底的不同层的性质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，或者可以是独立设备。为了实现最快速的测量，期望检查设备在曝光之后立即测量已曝光的抗蚀剂层中的性质。然而，抗蚀剂中的潜在图像具有非常低的对比度——在已经曝光于辐射的抗蚀剂部分与没有曝光于辐射的部分之间仅存在非常小的折射率差异——并且并非所有检查设备都具有足够的灵敏度来对潜在图像进行有用的测量。因此，可以在曝光后烘烤步骤(PEB)之后进行测量，该步骤通常是在已曝光的衬底上进行的第一步骤并且增加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是半透明的(semi-latent)。还可以测量显影的抗蚀剂图像——在此时已去除抗蚀剂的曝光部分或未曝光部分——或者在诸如蚀刻之类的图案转移步骤之后。后一种可能性限制了针对有缺陷衬底再加工的可能性，但仍可提供有用的信息。

图3示出了角度分辨散射仪的基本元件，其可以代替光谱散射仪而被使用或者除了光谱散射仪之外还使用它。在这种类型的检查设备中，由辐射源11发射的辐射由照射系统12调节。例如，照射系统12可以包括准直透镜系统12a、滤色器12b、偏振器12c和孔径器件13。经调节的辐射遵循照射路径IP，其中它被部分反射表面15反射并经由显微镜物镜16被聚焦到衬底W上的光斑S中。可以在衬底W上形成量测目标T。透镜16具有高数值孔径(NA)，理想的是至少0.9，并且更理想的是至少0.95。如果期望的话，浸没流体可以被用来获得超过1的数值孔径。通过使用固体浸没透镜(SIL)技术——包括微SIL及等效物，可以获得NA的进一步提高。

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。衬底台可以在形式上与图1的衬底台WTa、WTb类似或相同。(在检查设备与光刻设备集成的示例中，它们甚至可以是同一衬底台。)粗定位器和精定位器可以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，并将使之处于物镜16下方的位置中。通常，将对跨衬底W的不同位置处的目标进行许多测量。衬底支撑件可以在X和Y方向上移动以获得不同的目标，并且在Z方向上移动以获得光学系统在目标上的期望聚焦。当实际上光学系统保持基本静止并且仅衬底移动时，好像物镜和光学系统被置于衬底上的不同位置一样来思考和描述操作是方便的。如果衬底和光学系统的相对位置是正确的，原则上它们中是一个还是两个在现实世界中移动并不重要。

辐射光束的一部分透射通过部分反射表面15并沿参考路径RP朝向参考反射镜14。

由衬底反射的辐射，包括由任何量测目标T衍射的辐射在内，由透镜16收集并沿着收集路径CP，其中它穿过部分反射表面15进入检测器19中。检测器可以位于透镜16的光瞳平面P中，光瞳平面P位于透镜16的后焦距F处。实际上，光瞳平面本身可能是不可接近的，而是可以用辅助光学器件(未示出)将其重新成像到位于所谓的共轭光瞳平面P'中的检测器上。光瞳平面P也可以被称为后焦平面。检测器可以是二维检测器，从而可以测量衬底目标T的二维角度散射光谱或衍射光谱。在光瞳平面或共轭光瞳平面中，辐射的径向位置限定了辐射在聚焦光斑S的平面中的入射/离开角，并且围绕光轴O的角度位置限定了辐射的方位角。检测器19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。

将参考路径RP中的辐射投射到同一检测器19的不同部分上，或者可替代地投射到不同的检测器(未示出)上。参考光束通常被用于例如测量入射辐射的强度，以允许在散射光谱中测量的强度值的归一化。

返回到设备，照射系统12的各种组件可以是可调节的，以在同一设备内实现不同的量测“配方”。滤色器12b可以例如通过一组干涉滤波器来实现，以选择在例如405nm至790nm或甚至更低诸如200nm至300nm的范围内的不同的感兴趣波长。干涉滤波器可以是可调谐的，而不是包括一组不同的滤波器。可以使用光栅代替干涉滤波器。偏振器12c可以是可旋转的或可交换的，以便在辐射光斑S中实现不同的偏振状态。可以调节孔径器件13以实现不同的照射轮廓。孔径器件13位于与物镜16的光瞳平面P和检测器19的平面共轭的平面P”中。以这种方式，由孔径器件限定的照射轮廓限定了穿过孔径器件13上的不同位置入射在衬底辐射上的辐射的角度轮廓。

检测器19可以测量在单个波长(或窄波长范围)处的散射辐射的强度，该强度分别在多个波长处或在波长范围上被积分。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/或横向磁偏振辐射和横向电偏振辐射之间的相位差。

在衬底W上提供量测目标T的情况下，这可以是1-D光栅，其被印刷使得在显影之后，条由实心抗蚀剂线形成。目标可以是2-D光栅，其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。替代地，可以将条、柱或过孔蚀刻到衬底中。该图案对光刻投影设备特别是投影系统PS中的光学效果是敏感的。例如，照射对称性和这种像差的存在将在印刷光栅的变化中显现出来。因此，印刷光栅的散射量测数据被用来重建光栅。从印刷步骤和/或其他散射量测过程的知识中，诸如线宽和形状之类的1-D光栅的参数，或者诸如柱或过孔宽度或长度或形状之类的2-D光栅的参数，可以被输入到由处理单元PU执行的重建过程。本文公开的技术不限于光栅结构的检查，而是将包括空白衬底或其上仅具有平坦层的衬底或具有隔离结构的衬底(例如污染或其他缺陷)的任何目标结构都包括在术语“目标结构”内。

除了通过重建测量参数之外，角度分辨散射量测还可用于测量产品和/或抗蚀剂图案中的特征的不对称性。不对称测量的特定应用是用于套刻的测量，其中目标包括叠加在另一组周期性特征上的一组周期性特征。使用图3的仪器的不对称测量的概念例如在上面引用的美国专利申请公开号US 2006-066855中被描述。简单地说，虽然衍射级在目标的衍射光谱中的位置仅由目标的周期性来确定，但衍射光谱中的强度水平的不对称性指示构成目标的各个特征中的不对称性。在图3的仪器中，其中检测器19可以是图像传感器，衍射级中的这种不对称性直接表现为由检测器19记录的光瞳图像中的不对称性。这种不对称性可以通过单元PU中的数字图像处理来测量，并且对照已知套刻值进行校准。

校准背景

图4图示出了可以利用图3中所图示类型的散射仪来使用的某些校准过程中的步骤。类似的校准过程可以被应用于其他类型的检查设备中，并且通常被应用于其他类型的光学系统中。图4的检查设备的光学系统仅作为示例而被呈现。

重影图像校准是本公开中考虑的第一类型校准。与目标T或任何衬底W的存在无关，由于来自例如散射仪的光学元件的假反射402，检测器19检测到的重影图像是不需要的光信号。在不同折射率的材料之间的任何界面处，可能会发生菲涅耳(Fresnel)反射。高性能光学系统中的光学表面可能提供有复杂的抗反射涂层，以减少菲涅耳反射。然而，穿过界面的一小部分辐射不可避免地被反射。所有反射光线都贡献给被检测器19捕获的所谓的“重影图像”。应该记住，与所图示出的简单透镜16相比，实际检查设备中的光学系统将包括大量的光学元件。高NA显微物镜16由于其构造而成为重影的主要来源。重影图像污染了用于CD/套刻确定的测量信号。为了高信噪比值，在散射量测应用中期望高入射功率。重影图像的强度是入射光功率的函数，并且因此可以达到测量信号强度的显著比例。

为了针对重影图像对设备进行校准，可以将光学系统聚焦在光束收集器404上，如图4中所图示。作为光束收集器，可以使用任何辐射吸收器件。当存在光束收集器时由传感器19捕获的图像可以被用作重影图像的度量。然后可以定义校正，以便使用感兴趣的目标T从所捕获的图像中有效地减去重影图像。

另一种类型的校准是透射校准，特别是用于显微物镜16的透射。角度分辨散射仪光学系统，特别是显微物镜16，具有取决于波长、角度和偏振的光学透射。对透射进行校准以便从测量的强度建立目标的反射率。例如，CD重建通常依赖于这些校准的反射率。可以使用一个或多个专门设计的“基准”反射镜(诸如图4中所示的参考反射镜406)通过“反射镜校准”来完成透射的校准。

进一步的校准过程可以被用于光瞳对称点(PSP)和数值孔径(NA)缩放。在诸如CD重建的应用中，对于CD重建，应当将观察到的远场和模拟之间的不匹配最小化。因此，为了校准，确定光学系统的NA的实际值以及检测器19的每个像素的NA缩放。类似地，确定实验数据的中心(光瞳对称点)。这可以通过基准反射镜406上的“布鲁斯特(Brewster)眼睛”测量(确定在布鲁斯特角处的最小反射率的位置)来完成。基准反射镜用作由具有已知的在角度、波长和偏振上的反射率的材料制成的参考。

使用上面提及的定位系统，诸如光束收集器404和一个或多个参考反射镜406之类的参考目标可以被交换到目标T的位置和被交换出目标T的位置。这可以通过就在衬底本身所占据的区域之外将它们安装在衬底支撑件上而容易地实现。

具有固体浸没透镜(SIL)的光学系统

图5示出了图3的散射仪的修改版本，其中可以将照射的较小光斑S’施加到较小的光栅目标T’，该光栅目标T’具有较小间距的线。组件的标记与图3的散射仪中的相同。

比较图5的设备和图3的设备，第一个区别是靠近目标T’设置附加透镜元件60。该附加透镜是小型固体浸没透镜(SIL)，其横截面宽度(例如，直径)仅在毫米量级，例如在1mm至5mm的范围内，例如约2mm。在一个示例中，这包括诸如折射率为n的玻璃之类的材料半球，其接收垂直入射到其表面的辐射光线。这些光线聚焦在半球的中心处并形成衍射有限光斑，与没有SIL时相比，该光斑小了n倍。具有n＝2的典型玻璃半球将聚焦光斑的横截面宽度(例如，直径)减小2倍。透镜浸没在液体中已被用来增加显微和光刻中的分辨率。已经在显微和光刻中提出了固体浸没透镜作为实现类似增益的方式，而没有液体浸没的不便。

使用包括SIL和相干辐射的设备进行检查的益处例如在上面引用的美国专利申请公开号US 2009-316979和US 2016-061590中被描述。然而，为了帮助确保较小的光斑大小确实提高系统的分辨率，在检查辐射的波长的一小部分内，半球的底部应该与目标T’接触或者位于非常靠近它的位置。这限制了它的实际应用。

也可以使用所谓的微SIL透镜，其横截面宽度(例如，直径)小许多倍，例如直径约2μm而不是约2mm。在图5设备中的SIL 60是微SIL透镜的示例中，其可以具有小于10μm、可能小于5μm的横截面宽度(例如，直径)。

无论是使用小型SIL 60还是微SIL透镜，它都可以被附接到可移动支撑件上，以便对SIL 60与样品的对准和接近度的控制比在具有更大横截面宽度的透镜的情况下更简单。经由臂64和致动器66将图5中的SIL 60安装到支撑物镜16的框架62。致动器66可以在操作中是压电的，例如，或者是音圈致动的。它可以与其它致动器组合操作，将物镜作为整体相对于目标进行定位。关于上面提及的粗定位器和精定位器，例如，致动器66和臂64可以被视为超精定位器。本领域技术人员将理解，这些不同的定位器的伺服控制回路可以以不需要在这里描述的方式彼此集成。组件62、64和66与衬底台和定位器(如上所提及但未示出)一起形成支撑设备，用于将SIL和目标T’定位成彼此靠近。原则上，SIL 60可以被刚性地安装到框架62，和/或可以具有更大的直径。如下所讨论的，单独的臂和致动器允许更容易地控制非常小的间隙。

这里图示出的安装臂64和致动器66的形式纯粹是示意性的。在上面提及的PCT专利申请PCT/EP2016/058640中描述了安装和致动器66的实际实现。

将SIL 60包括在内开启了聚焦到更小光斑S’的可能性。如上所提及，SIL通过捕获来自目标的近场辐射来工作，并且为此，将其定位为基本上比来自目标结构的辐射的一个波长(λ)更近，通常比半波长更近，例如在λ/20附近。距离越近，近场信号至仪器中的耦合就越强。因此，SIL 60和目标T’之间的气隙可以小于100nm，例如在10nm和50nm之间。因为散射仪的NA有效地增加，所以目标光栅的间距也可以减小到更接近产品尺寸，同时仍然捕获衍射信号的大角度光谱。替代地，可以在捕获衍射信号的较大角度范围的同时保持间距。

在将使用微SIL的示例中，无法将散射仪中常规使用类型的非相干辐射聚焦到与微SIL一样小的微米大小的光斑上。因此，在这样的实施例中，辐射源11可以是诸如激光的相干源。可以经由光纤将激光源耦合到照射系统12。对光斑大小的限制由聚焦透镜系统的数值孔径和激光波长来设定。如在美国专利申请公开号US 2016-061590中提及的，具有激光辐射源的仪器可以被用来执行不同类型的散射量测，例如，相干傅立叶散射量测(CFS)。

利用SIL的校准问题

如已经提及的，本公开不限于对在物镜前面具有SIL或微SIL元件的光学系统的应用，但是本公开确实旨在解决特别是在具有SIL元件的光学系统的校准中出现的某些问题。

参考如上所述的重影图像校准，重影信号是光学系统中的寄生反射，其最终在检测到的光瞳图像中。物镜16上的几乎所有入射辐射都通过物镜16被透射，并且在没有SIL的情况下可以在光束收集器中被吸收以进行校准测量。然而，在存在SIL 60的情况下，不是入射在SIL上的所有角度的光线都通过SIL被透射。相反，取决于SIL和周围介质的相对折射率，对于高于临界入射角的光线，发生全内反射(TIR)。

图6(a)至图6(c)更详细地图示出了这种现象。在图6(a)的X-Z横截面中，示出了SIL 60，其具有面向物镜16的半球形上表面602并且具有面向目标T’的平坦下表面604。照射辐射的光线606由透镜16聚焦到名义上位于下表面604处的SIL 60内部的焦点608。用于控制该聚焦的方法和设备在上面提及的PCT专利申请PCT/EP2016/058640中被描述。

图6(b)示意性地示出了在图5中的平面P/P”中的照射轮廓610。图6(c)示意性地示出了在平面P/P’中收集的辐射的分布，假设没有目标结构在SIL 60的附近。如果照射轮廓610是如图所示的完整的圆形轮廓，那么通过物镜16的聚焦作用形成椎体光线620，如图6(a)的X-Z截面中所示。该椎体光线包括中心部分622，其中光线以低于用于全内反射的临界角的角度与SIL 60的下表面604相遇。椎体光线还包括外部部分624，其中光线以高于用于全内反射的临界角的角度与SIL 60的下表面604相遇。

临界角由下式定义：

其中n₂是周围介质(假设是空气)并且n_sil是SIL的折射率。临界角出现的边界(在定义上)对应于透镜16和SIL 60的整个系统中的NA为1。

在存在非常靠近SIL 60的下表面604的目标结构的情况下，全内反射受到阻碍，并且来自照射椎体620的两个部分的光线620可以与目标结构相互作用。这给予整个透镜系统和SIL大于1的NA。然而，在没有目标结构的情况下，外部椎体中的光线在SIL 60的下表面604处经历全内反射，并且被强烈地反射回到透镜16。图6(c)示出了在平面P/P’中收集的辐射如何包括对应于低于1的NA值的暗中心区域632。这里，大多数光线已经传递到SIL 60之外，而仅存在由菲涅耳反射引起的重影图像。在对应于大于1的NA值的亮外部区域634中，大多数光线已经被全内反射反射回来。重影图像也存在，但被全内反射淹没。因此，图4的校准方法失败，因为即使当光束收集器404被放置在SIL 60下方时，检测器19也不能正确地捕获重影图像。需要替代解决方案。

参考透射校准的步骤，上面描述了可以如何使用反射镜校准来计算用于变化波长、角度和入射偏振的显微物镜的光学透射。当使用物镜16和SIL的组合时，该校准方法也失败。将SIL放置在物镜16的焦平面处。通过该“超NA”透镜系统的光学透射不能简单地通过使用基准参考镜406来测量。需要替代解决方案。

此外，各方法利用了被称为布鲁斯特角的偏振现象来校准NA缩放和光瞳对称点。在布鲁斯特角处，样本的反射率在一些偏振和角度的照射条件下消失。校准方法包括使用在每个波长处的两个正交入射偏振进行测量，以用于进行NA缩放和PSP测量。这很耗费时间。一种耗时较少的替代解决方案将是令人感兴趣的。

针对重影图像校正的替代方法

在本文公开的校准方法中，建议将由于在SIL 60的底表面处的全内反射而反射的辐射与从SIL的弯曲表面和/或其他光学元件反射回来的“重影”辐射分离。在现在公开的方法中，重影图像是从在不同照射条件下捕获的两个或更多部分重影图像合成的。具体地，校准测量被执行两次或更多次，每次用照射辐射照射光学系统的光瞳的仅仅一部分。换句话说，每次测量中的照射轮廓具有暗区域。这些暗区域至少部分地位于与亮区域径向相对的位置。这尤其意味着可以在NA>1的区域中检测到重影反射，其中否则全内反射将主导并遮蔽重影反射。

图7(a)至图7(h)图示出了基于四个测量步骤的该提出的方法的一个示例。该示例中的每个测量步骤使用孔径器件13中的“半月形”孔径，以产生具有亮半部710a和暗半部710b的照射轮廓。图7(a)和图7(b)示出了该情况在与校准方法的第一测量步骤中的图6(a)和图7(b)的情况如何不同。图7(c)和图7(d)示出了针对第二测量步骤的同样情况、图7(e)和图7(f)示出了第三测量步骤、并且图7(g)和图7(h)示出了第四测量步骤。在每个步骤中，半月形孔径的取向旋转90度(π/2弧度)。半月形的取向因此被方便地标记为hm0、hmπ、hmπ/2和hm3π/2。

考虑第一步骤(hm0)，图7(a)和图7(b)示意性地示出了在具有NA≤1和NA≥1的不同区域中在物镜16的入射光瞳处的入射照射(平面P/P”)和后焦平面的图像(P/P’)。当透镜16被聚焦在SIL 60的下表面604上并且目标远离(>>λ)光束收集器404或被光束收集器404代替时，检测到的光瞳图像的中心区域和外部区域中的辐射现在取决于区域是对应于照射轮廓的亮半部还是暗半部。

图8(a)示意性地示出了在图7的方法的第一步骤中由检测器19捕获的光瞳图像的示例。该图基于实验图像。以与图7(b)中相同的方式对区域732a、732b、734a、734b进行标记。该图像可以以旋转的形式被可视化，对应于图7(b)、图7(d)、图7(f)和图7(h)中的每个步骤。出于下面将进一步解释的原因，实验图像从此旋转45度。图8(b)示出了沿着图8(a)中所指示的线B-B'在实验图像中检测到的强度轮廓。可以看出，重影图像区域732a和734a中的强度和强度变化比区域734b中的亮全内反射小许多倍。

然后一起参考图7和图8，检测到的强度轮廓中的第一中心区域732a对应于照射轮廓的暗部分，其中NA≤1。然而，可以在该区域732a中检测到重影辐射，包括来自透射照射轮廓的亮半部710a的表面的后向反射辐射(包括例如来自SIL 60的上表面602的菲涅耳反射)。由于来自照射轮廓的亮半部710a的辐射的全内反射，总是存在NA≥1的区域734b中的强辐射，但是该区域在重影图像校准测量中可以被忽略。在重影图像校准中更有用的是外部区域734a中的后向反射辐射，其对应于照射轮廓的暗半部710b，其中NA>1。在该区域中全内反射辐射的不存在允许捕获一部分重影图像(包括例如来自SIL 60的上表面602的菲涅耳反射)。

使用孔径器件13的不同取向和照射轮廓重复该测量步骤允许捕获期望的重影图像的不同部分，每个部分都没有全内反射辐射。可以组合这些不同部分以合成单个重影图像，以用于在校正将来的测量中使用。

图9示出了图9中所示的光瞳图像检测器19的布局(也参见图3和图5)。假设检测器提供方形像素阵列，每个像素包括光电检测器。例如，每个方向上的像素数量可以是1000或2000。区域902对应于收集路径CP中的后焦平面的图像。在区域902中，将捕获图7(b)、图7(d)、图7(f)、图7(h)和图8(a)中简述的光瞳图像。在点P1和P2周围指示几个像素(未按比例)，这将在下面进一步提及。另一区域904被布置为接收来自参考路径RP的参考辐射(图5)。区域902和904在实践中可以被不同地缩放，这取决于设计到光学系统中的是什么放大率和缩小率。为了简单起见，假设区域902和904被相等地缩放，区域904在宽度(例如，直径)上可以略大于区域902，因为参考路径在照射路径IP和收集路径CP中不被物镜16的物理开口限制。虚线区域906指示区域904的直接映射到区域902的部分。

现在将呈现问题的详细数学公式和用于重影校正图像的表达。以下符号被定义：

·(x,y)：检测器19(CCD芯片或类似物)上的像素的矩形坐标。

·I_dc：检测器19在每个像素处的DC偏移。

·

检测器19的感测区域902中的DC偏移。

·hm0,hmπ,

上标指示不同的孔径取向。

·

适用于所有孔径方向的标量DC偏移。

·I^br是针对特定半月形孔径的反向反射贡献，对应于图8(a)中的区域732a和734a。

·N_s&N_r：在检测器19上分别位于感测区域902和参考区域906中的像素总数。

·f_nl：这是像素相关的非线性因子。该因子的影响以已知的方式取决于像素强度。

·

是对应于针对重影图像测量(t_gh)的数据采集和实际目标(t)的测量的曝光时间的差异的比例因子。

·I_raw是由检测器19在测量中捕获的“原始”图像。

·

是针对dc偏移和非线性影响进行校正的合成重影图像。

·I^br(x,y)表示从包括物镜16的表面和SIL的半球形上表面602的光学器件反射回来的重影图像。组合不同照射轮廓的这些重影图像允许合成完整的重影图像。

考虑各种取向中的具有半月形孔径的重影强度，即：hm0、hmπ、hmπ/2和hm3π/2。针对所有取向的DC偏移都相同。

然后，在四个校准测量步骤的每一个步骤中记录在感测区域902的区域732a和734a中的重影图像强度可以写成如下：

可以通过以下公式从上述测量中计算DC和非线性校正的重影图像：

其中

是CCD的DC偏移并且f_nl是针对变化强度下的每个像素存储在查找表中的曝光时间与强度非线性。因子1/2产生是因为组合了四个图像，每个图像覆盖光瞳区的一半。如果修改不同轮廓的数量和覆盖范围，则可以适当调整该因子。

保存该图像

以用于在校正真实目标T’上的测量中使用。在实践中，对于可以在真实目标上的测量中使用的波长(λ)和入射偏振的每个不同组合，以这种方式执行校准测量和计算。

DC偏移和非线性计算的过程是在本领域技术人员的能力范围内的详细实现的事项。例如，可以使用查找表来校正非线性。

在获得合成的重影图像之后，可以如下针对重影反射来校正在目标T’靠近SIL表面604的情况下所测量的光瞳图像。

假设用于计算重影图像

的测量是针对(例如)被标记为H和V的两个入射偏振和多个入射波长(λ)在最大曝光t_gh(避免CCD或其他检测器19的饱和)下进行的。

然后假设在曝光时间t_r下从目标T’捕获原始光瞳图像。为了获得针对目标的校正光瞳图像，利用缩放因子

从传感器图像中减去具有适当的偏振和波长组合的重影图像。设I_raw为从目标中测量的原始图像数据。然后，重影校准的目标图像

可以被计算为：

通过重建或其他方法，该校准的光瞳图像可以被用来确定目标结构的性质。

虽然作为示例描述了使用半月形孔径的四个步骤，但这仅是示例。原则上，重影校准应该是可能的，其中两个半月形孔径相对于彼此取向在180度(例如，取向hm0和hmπ)。在实践中，在光学系统的后焦平面处的半月形孔径的成像中，在边缘处存在衍射影响，因此无法合成针对该边界区域的良好数据。出于这个原因，提议使用与第一组测量成90度取向的另一组两个半月形孔径(例如，取向hmπ/2和hm3π/2)。总而言之，相对于彼此以90度旋转的四个不同取向的半月形孔径提供了充足的套刻，使得高质量数据可以被用于光学设置的重影校准。原则上，校准步骤的数量可以是2、3、4或任何数量。

如果在整组测量中捕获图像的足够部分来自于照射轮廓的一部分中的未受到亮辐射的全内反射的部分，则照射孔径的暗部分的大小可以大于或小于半月形。在所公开的实施例中，每次照射的入射光瞳的部分是完整光瞳的分段。该分段可以例如大于光瞳的四分之一并且小于或等于光瞳的大约一半。这将提供足够交叠的分段以避免使用边界地带。例如，每次可以使用四个捕获，其中一个分段足够大于四分之一，但它不必是半月形。半月形孔径可能是部分方便的，因为它们已经存在于现有的散射仪的孔径器件13或其他设备内，并被使用于目标测量中。

回到使用半月形孔径的四个测量步骤的示例，可能期望使用与图7中所指示的取向不同的取向。例如，在一些实施例中，可以通过以下方式将边缘衍射效应的不希望的影响最小化：在从图7和图8中所示的那些取向旋转45度的取向下进行四次测量。(如上所提及的，用与所示相比旋转45度的孔径捕获图8所基于的实验图像)。在这种情况下的想法是利用偏振和其他效应，这导致光瞳图像的一些区域是暗的，或者在用于测量时固有地经受不确定性。在这种情况下，通过利用取向为角度π/4、3π/4、5π/4和7/4π的半月形孔径来执行校准测量，可以进一步将边缘衍射的影响最小化。在仅进行两次校准测量的情况下，该45度取向可能是特别有利的。

虽然上述示例步骤描述了在SIL 60的近场中没有目标的情况下捕获重影图像数据，但是也可以在存在合适的目标的情况下获得期望的结果。如果目标仅生成直接(镜面)反射，并且不将辐射散射回到光瞳图像的“暗”半部中，则不需要影响校准。然而，可能需要调整计算，并且可能需要包括例如SIL和目标结构之间的间隙的知识。

针对物镜-SIL透射校准的方法

在具有SIL 60的超NA光学系统中，通过照射路径IP的辐射通过SIL和物镜16的入射光瞳入射在目标T’上。在与目标T’相互作用之后，在组合系统(物镜和SIL)的后焦平面处的辐射在检测器19处成像。

再次参考图9，为简单起见假设光瞳对称点PSP具有坐标(0,0)。当辐射在SIL表面处或被SIL下方的近场中的目标T’反射时，在入射光瞳中的点P1＝(x，y)处入射的辐射在后焦平面中的点P2＝(-x，-y)处具有镜面反射贡献。在P2处检测到的强度是SIL和显微镜物镜的光学透射对于所选入射波长和偏振的函数。特别是对于由非常高折射率(通常大于2)的材料制成的SIL，透射损耗可能是显著的，并且需要考虑通过例如重建来精确计算目标性质。

下面描述虑及了物镜和SIL的光学透射的数学描述和所提议的过程。该方法假设例如通过刚刚参考图7和图8所描述的方法已经执行了重影图像校准。

在感测部分902和参考部分906中使用检测器19捕获原始光瞳图像。关于点P2，这些图像给出强度值

具有下标“sil”的值来自在近场中没有目标的情况下所捕获的图像，而当目标T’在近场中时具有下标“target”的值被捕获。出于本节目的，目标可以是真正的目标或基准目标。在该方法中，SIL底表面有效地用作基准。参考光瞳图像被用来虑及了目标和SIL测量中的强度波动。以下等式中使用的符号被列出如下：

·T_α:针对角度为α的照射光线的透镜和SIL的透射。(透镜中的角度对应于光瞳平面中的位置。)对于可以在将来的测量任务中使用的不同偏振和波长配置执行该校准，以便T_α＝T_α(pol,λ)。

·T_β:光学器件在散射仪的收集路径CP路径中的透射。而且，T_β＝T_β(pol,λ)。

·T_γ:光学器件在散射仪的参考路径RP中的透射。而且，T_γ＝T_γ(pol,λ)

·R_sil:SIL在玻璃-气体界面(表面604)处的反射率。而且，R_sil＝R_sil(pol,λ,α)。

·R_rf:参考路径RP中使用的后向反射器的反射率。而且，R_rf＝R_rf(pol,λ,α)

·

检测器19在光瞳图像区域902中的DC偏移。

·

检测器19在参考光束区域904中的DC偏移。

·t₁和t₂：数据采集的持续时间。

·k是由于数据采集的曝光时间不同而从原始图像中减去重影的缩放因子。即，

·

针对DC和非线性偏移进行校准的分别在光瞳图像区域902和参考光束区域904中的重影贡献。而且，

·

在校准后执行测量时的输入强度

现在，当近场中没有目标时，在点P2处捕获的信号与入射的照射之间的以下关系适用：

使用波浪号

象征校正的像素强度，可以将其写成：

当目标存在时，通过以下公式将原始捕获信号与照射辐射相关：

可以将其写成：

并且通过以下公式将原始捕获参考信号与照射辐射相关：

可以将其写成：

用于测量目标结构的性质的感兴趣的参数是R_target，使用先前的等式，该参数由下式给出：

从等式(9)和(13)，可以写出：

将其代入等式(14)中得到：

现在，在布鲁斯特角位置处存在这样的问题：作为等式16中的分母的项

接近于零。这使得现有校准技术在那些位置处是无效的。

通过在近场中利用已知的参考反射器(基准)进行测量来解决该问题。如果用下标“al”指示出了诸如铝参考之类的具有该参考反射器的情况，那么

因此，可以利用已知的基准(例如，A1)在近场中执行透射的校准，以克服通过组合光学系统(物镜加SIL)的透射的远场校准中的低强度布鲁斯特角区域。在远场中进行这种校准的另一种方法将在于，使用具有

低值的像素中的数据拟合，在某些合适的插值公式中有效地使用布鲁斯特角区域的任一侧的数据。

基于上述理论及其实现上的困难，公开了一种用于校准透射的两步法。物镜16首先表征在已知基准上针对不同入射偏振(ξ：H和V)的透射。该第一步可以与没有SIL的上面讨论的校准相同。定义了以下术语和符号：

·

假定在光瞳平面中的像素坐标(x，y)处、针对ξ偏振输入、以入射角α的物镜16的透射。(下标“mo”代表“显微物镜”)

·

假定在光瞳平面中的像素坐标(x，y)处、针对ξ偏振输入、以入射角α组合的物镜和SIL的透射率。

·A_sil：SIL内的吸收。由于材料是各向同性的，吸收与入射偏振无关。

·

来自SIL的半球形上表面602在气体/玻璃界面处的假反射。假设与入射偏振无关，并且对于SIL的曲率上的不同位置是相同的。

·S_sil：在SIL体积内的散射。假设该参数与入射偏振无关。此外，因为SIL由高度均匀的介质形成，所以这种散射可以被认为是二阶效应。

现在，可以写出以下关系：

和，

术语

和

在对应于布鲁斯特角(其由SIL折射率指示)的入射角处未被定义。可以在已知的基准上确定

然后从组合物镜和SIL系统的已知透射中计算SIL的效应

然后，该信息

可以被用来计算光学系统在具有零强度的像素及其附近处的透射。

用于NA缩放和光瞳对称点校准的方法

如上所提及，还有兴趣具有用于校准NA缩放和光瞳对称点的另一种方法。光瞳对称点(PSP)是对应于与光轴O对准的零角度光线的像素位置。角度到像素位置的缩放被称为NA缩放。NA缩放的表示在图9中由尺寸NAS示意性地表示。PSP和NAS是光学系统和检查设备的期望被校准和明确定义的参数，以将量测或检查的重建或其他方法中的准确性最大化。

本文公开的替代方法利用全内反射现象，已经将其作为具有SIL60的超NA光学系统的特征进行了讨论。在远场情形中，当SIL与衬底之间的距离远大于波长λ时，由检测器19捕获的光瞳图像具有独特的同心区。这些区例如在图6(c)中被示出并且具有对应于NA＝1的边界640。外部边界642的宽度(例如，直径)表示超NA光学系统的最大NA。可以在所捕获的光瞳图像中识别出这些特征并将其用于NA缩放。

例如，从一个或多个捕获的光瞳图像中，令N为与NA＝1处的圆的直径相对应的像素的数量，并且令与最大NA圆处的圆的直径相对应的像素的数量由Nmax给出。然后，光学系统的NA由下式给出：NA＝Nmax/N。还可以通过找到这些圆的中心来标识光瞳对称点。

应用示例

图10图示出了量测设备在图1和图2中所图示类型的光刻制造系统的控制中的应用，量测设备的光学系统通过本文公开的技术来校准。这里将列出步骤，然后更详细地解释这些步骤：

·S20：光学系统的校准

·S21：处理衬底以在衬底上制作结构

·S22：测量跨衬底的CD和/或其他参数

·S23：更新量测配方

·S24：更新光刻和/或工艺配方

在步骤S20处，在用作量测设备240的散射仪中执行校准步骤。散射仪的光学系统可以包括SIL或微SIL。这些校准可以包括本文公开的任何或所有校准步骤，以及与本公开无关的任何数量的其他校准步骤。在这种情况下的校准步骤S20包括：S20a如上所述的重影图像校准；和/或S20b如上所述的透镜-SIL透射校准；和/或S20c如上所述的NA缩放和光瞳对称点校准。

在实际测量之前执行的步骤S20的校准的单独标记和讨论便于理解，但这不是必需的。校准步骤原则上可以在对目标的测量之前或之后执行或与对目标的测量交织。当然，可以在一段时间之后重复任何校准步骤，以更新校正并保持精度。任何或所有这些校准步骤可以偶尔被执行，或者作为每个测量周期的一部分而被执行。校准操作的定时将被设计成使它们响应于设备内的任何条件漂移或变化，同时将有损于实际测量的吞吐量的校准“开销”尽可能地最小化。

在步骤S21处，使用光刻制造系统在衬底上制作结构。在S22处，量测设备240以及可选的其他量测设备和信息源被用来测量跨衬底的结构的性质。例如，从经由散射仪获得的光瞳图像中计算性质的这些测量。例如，感兴趣的性质可以是CD(临界尺寸)、OVL(套刻)和/或EPE(边缘放置误差)。在步骤S22处，在测量的计算中使用从校准步骤S20获得的校正。在步骤S23处，可选地，根据所获得的测量结果更新量测设备的一个或多个量测配方和/或校准。

在步骤S24处，将CD或其他参数的测量与期望值进行比较，并将其用来更新光刻制造系统内的光刻设备和/或其他设备的一个或多个设置。通过提供具有更好校准的量测设备，可以获得更精确的测量。当将测量结果应用于进一步的测量中以及应用于光刻设备的进一步控制中时，这继而又可以带来更好的性能。

污染物检测

在以上示例中，已使用固体浸没透镜来执行测量。如上所述，在一个实施例中，将SIL定位于要被测量的表面的大约20nm内，以便执行测量。为了能够将SIL定位在距离表面的该距离处，表面应该在衬底或目标结构的表面上没有任何污染物(例如灰尘颗粒)。在下文中，将对表面或待测量的表面进行参考。当然可以理解，该术语同样可以指衬底表面或衬底上的目标结构。

在测量期间，SIL被定位为接近待测量的表面。在特定测量位置处的特定测量或一系列测量结束时，在SIL与表面在平行于表面的方向上朝向下一个测量目标(沿X-Y轴)存在相对位移之前将SIL移离表面(通常沿Z轴)。在下一个测量目标处，在SIL和表面之间沿Z轴到测量位置中存在相对移动。应当理解，如果在待测量的表面上存在一种或多种表面污染物，则在移动期间在SIL和污染物之间可能存在冲击。这可能会对SIL或待测量的表面中的一个或两个造成损坏。

因此，在将SIL定位于测量位置之前针对污染物评估待测量的表面将是有利的。另外有利的是，在可以阻止SIL和表面之间的相对移动之前，在SIL足够接近以使污染物与SIL接触之前执行评估。特别地，检测大于测量间隙的污染物将是有利的。

此外，应该在对测量过程的影响最小的情况下执行表面污染物的检测。换句话说，测量系统的测量吞吐量不应受检测过程的影响。

图11中示出了示例性污染物检测系统1100。污染物检测系统仅出于示例性目的而单独示出。在一些示例中，污染物检测系统被集成到检查设备的光学系统中，如以上示例中所述。在这样的示例中，污染物检测系统的一个或多个光学元件可以与检查设备的光学系统共享。在其他示例中，污染物检测系统被放置在独立设备中。

污染物检测系统包括发射辐射1103的辐射源1102。辐射源可以被认为是在平面1104处的点源输入。在一个示例中，辐射源是激光源。在一些示例中，取决于衬底的一个或多个材料来选择辐射的特性。在其他示例中，取决于待检测的预期污染物的材料性质来选择辐射的特性。

辐射传播通过可以包括一个或多个光学元件的污染物照射系统1106，并且通过物镜1108和SIL 1110以向待测量的表面1111提供污染物检测照射。污染物检测照射在待测量的表面上形成光斑，并被表面散射。辐射源和污染物照射系统可以被用来形成用于检测污染物的任何合适的照射。在一些示例中，以特定角度将污染物检测照射传送到待测量的表面。在特定示例中，将照射形成为离轴克勒

照射。

物镜可以具有任何合适的形状，并且在一些示例中可以与如上参考图5所述的物镜相同。类似地，SIL可以具有任何合适的性质集。在一个示例中，污染物照射系统的物镜和SIL与上面讨论的光学系统共享。

散射的检测辐射通过SIL和物镜传播回来。随后，散射的检测辐射穿过检测辐射收集系统1112a、1112b并到达检测器1114。检测辐射收集系统可以采用任何合适的形状并且可以包括任何合适的光学组件。在一个示例中，如前述示例中所述的检测收集辐射系统。类似地，检测器可以与参考前述示例所描述的检测器相同。在一些示例中，检测器包括阻挡孔径元件1116。在一些示例中，可以形成阻挡孔径元件以便阻挡镜面反射的辐射。当然可以理解，阻挡孔径元件的功能原则上可以以替代方式实现(例如，检测器滤波器或软件滤波算法)。

如上所述，在测量开始之前，检查设备的光学系统的至少一部分在给定表面的特定接近度内移动(接近度通常为数十nm或数百nm)。在一些示例中，导出针对光学系统的校正的方法包括在获得步骤之前移动光学系统的至少一部分。现在将参考图12讨论示例性移动步骤。

在1201处，用检测辐射照射表面。可以以任何合适的方式执行照射步骤。在一个示例中，通过使用诸如参考图11描述的系统来照射表面。

在1202处，接收由表面散射的检测辐射。在一些示例中，接收包括：接收表示由检测辐射收集系统所收集的散射检测辐射的强度轮廓；并使用所接收的强度轮廓来确定污染物在表面上的存在。在一个示例中，散射的检测辐射由诸如参考图11所描述的系统收集。

在1203处，基于所接收的散射的检测辐射来控制光学系统内的移动(例如，SIL与待测量表面之间的相对移动)。在一个示例中，如果在接收步骤期间检测到表面污染物，则采取适当的控制动作。在特定示例中，控制光学系统的至少一部分的移动(例如，SIL相对于待测量表面的移动)。

如将理解的，可以以任何合适的方式控制光学系统。在一些示例中，如果检测到表面污染物，则停止移动。在其他示例中，降低移动速度但不停止。在一个示例中，将光学系统移动到初始位置中。在另一个示例中，停止光学系统的移动并保持光学系统和测量表面之间的特定距离。应当理解，上面提及的示例可以包括沿一个或若干移动轴的移动。还应当理解，光学系统内的附加或替代致动器可以作为控制动作的一部分而被致动。

现在将参考图13和图14描述特定测量情形中的示例性设备。为了便于与图11进行比较，图13和图14的元件以及类似于图11的对应元件的元件用类似于图11中使用的那些的附图标记来进行标记，但是分别用前缀“13”和“14”代替“11”。

图13(a)示出了与图11中所示的设备基本相同的示例性设备。在该示例中，辐射光束1303由辐射源1303发射以由表面1311散射。辐射传播通过物镜1308和SIL 1310并到表面上。如果不存在污染物，则主要的散射机制是来自表面的镜面反射。镜面反射的辐射通过SIL并通过检测光学系统(未示出)传播回来。反射的辐射到达检测器1314处。在一个示例中，检测器包括阻挡孔径元件1316。

图13(b)示出了示例性阻挡孔径元件1316。阻挡孔径元件具有半月形孔径1316a。镜面反射的辐射被阻挡孔径元件阻挡(镜面反射的辐射光斑的位置由图13(b)中的X 1317来指示)。因此，检测器不接收任何镜面反射的辐射。

图14(a)示出了第二示例性情形，其中污染物存在于表面上。

在该示例中，辐射光束1403至少部分地被表面污染物1413散射。散射辐射的角展度将大于图13中的镜面反射辐射的角展度。因此，散射辐射将在检测平面处形成强度轮廓，而不是图13的反射光斑。辐射分布至少部分地与阻挡孔径元件上的孔径套刻，即，至少一部分散射辐射将穿过孔径1416a。结果，检测器接收从衬底散射的辐射，并且表面污染物的存在将由来自检测器的非零信号指示。

可以使用任何合适的检测器。在一些示例中，使用一个或多个光电二极管。在实践中，使用具有短积分时间的检测器是有益的。当与高亮度辐射源(例如激光器)一起使用时，可以执行驻留在衬底上的污染物的快速检测。可以提供处理单元(未示出)以在测量之后执行一个或多个其他操作。在一些示例中，这样的操作可以基于测量数据。

在以上示例中，光学系统包括孔径，用以提供镜面反射的辐射的衰减。然而，应当理解，原则上同样也可以使用对孔径的替代方案。在一个示例中，可以偏移检测器的位置，使得镜面反射的辐射不到达检测器。在另一个示例中，将衰减涂层施加到检测器表面的一部分上。

现在将参考图15描述另一示例性设备。为了便于与图13进行比较，图15中的元件和类似于图13的对应元件的元件用类似于图13中使用的附图标记来进行标记，但是用前缀“15”代替“13”。此外，为了简明起见，下面将仅详细讨论与前述示例的那些元件大不相同的元件。

图15中所示的示例性设备不包括SIL。相反，光学系统包括物镜1508。物镜用作辐射上的傅里叶变换元件。

当表面上不存在污染物时，镜面反射的辐射将被阻挡孔径元件阻挡。如果表面上存在污染物，则辐射被衍射，从而使其不再被阻挡孔径元件完全阻挡。

在某些状况下，颗粒检测可能是困难的，特别是在缺陷大小仅为几十纳米的量级的情况下。如果颗粒的折射率与衬底或下面的其他表面(例如衬底表面上的玻璃颗粒)的折射率相似，则颗粒检测也可能是困难的。

图16图示出了包括SIL的示例性光学系统。在本示例中，光学系统是与图5中所示的散射仪基本相同的散射仪。然而，应当理解，这仅仅是为了说明的目的，并且实际上，以下示例可以在诸如图11中所示之类的系统中实现。此外可以设想许多实施例。为了便于与图5进行比较，图16中的元件和类似于图5的相应元件的元件用类似于图5中使用的附图标记来进行标记，但是带有前缀“16”。此外，为了简明起见，下面仅详细讨论了与前述示例的那些元件大不相同的元件。

散射仪包括辐射输入(例如辐射源)1611、照射系统1612、部分反射表面1615、物镜1616和检测器1619。与图5的散射仪类似，散射仪包括SIL 1660。将沉积1661施加到SIL的表面。

沉积可操作用于增强SIL与表面上的污染物之间的渐逝波相互作用。这增加了颗粒检测系统的信噪比。可以以任何合适的方式执行污染物检测，并且在一些实施例中基本上如上所述地执行。在特定示例中，如上所述，差分检测被用来检测污染物在表面上的存在。

可以应用任何合适的沉积。在一些示例中，沉积是介电涂层。介电涂层可以包括一层或多层介电材料。介电涂层可以包括任何合适的材料或多种合适的材料。在一个示例中，介电涂层与衬底的至少一种物理性质相匹配。在一个示例中，介电涂层与衬底的折射率匹配。

在一些示例中，介电涂层可以具有任何合适的一种或多种其他特性。在一个示例中，介电涂层包括波长相关材料(例如，其中一个或多个光学特性诸如波长相关响应取决于材料厚度的介电材料)。在其他示例中，一种或多种介电材料是偏振敏感的。换句话说，(一个或多个)介电材料的光学性质取决于辐射的偏振。

结论

本文公开的校准方法可以使用于不能应用常规方法或给出不太精确的结果的情况中。尽管在本公开中可以具体参考在诸如散射仪之类的检查设备中的校准方法和设备的使用，但是应该理解，所公开的布置可以应用于诸如显微镜之类的其他检查设备，以及应用于其他类型的功能设备，如上所述。本文描述的实施例不限于应用于任何特定类型的检查设备，或者甚至通常不限于应用于检查设备。

尽管设想本文公开的方法专门用于解决在具有SIL或微SIL的光学系统中出现的问题，但是本文公开的重影图像校正方法也可以应用于没有SIL的光学系统中。使用诸如半月形轮廓之类的照射轮廓允许例如校准重影图像而不需要光束收集器。

尽管在本文中可以具体参考检查设备在IC制造中的使用，但是应该理解，本文描述的检查设备可以具有其他应用，诸如集成光学系统的制造、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。本领域技术人员将理解，在这种替代应用的上下文中，本文中的术语“晶片”或“裸片”的任何使用可以分别被认为与更一般的术语“衬底”或“目标部分”同义。

在以下编号的条款列表中公开了进一步的实施例：

1.一种导出用于光学系统的校正的方法，所述光学系统可操作用于将照射辐射传送到目标结构并收集在与所述目标结构相互作用之后的辐射，所述方法包括：

使用所述第一强度轮廓和第二强度轮廓来导出校正，与和目标结构的相互作用相反，该校正用于减轻所述照射辐射与所述光学系统的相互作用的影响。

2.根据条款1所述的方法，其中，使用所述第一强度轮廓和第二强度轮廓来导出所述校正是使用所述第一强度轮廓和第二强度轮廓的不同部分来合成表示所述照射辐射与所述光学系统的相互作用的影响的强度轮廓。

3.根据条款1或条款2所述的方法，其中，所述第一强度轮廓和第二强度轮廓中的每一个轮廓表示所述光学系统的后焦平面中的辐射的分布，并且其中使用所述第一强度轮廓和第二强度轮廓来导出所述校正是使用与后焦平面的不同区域相对应的所述第一强度轮廓和第二强度轮廓的部分。

4.根据条款1至3中任一项所述的方法，其中，获得另一强度轮廓，所述另一强度轮廓表示在根据不同于所述第一照射轮廓和第二照射轮廓的另一照射轮廓照射所述光学系统的光瞳时由所述光学系统收集的辐射，使用所述第一强度轮廓和第二强度轮廓来导出所述校正是使用所述第一强度轮廓、第二强度轮廓和另一强度轮廓来导出所述校正。

5.根据前述任一条款所述的方法，其中，所述光学系统包括固体浸没透镜和安装件，该安装件可操作用于将所述固体浸没透镜保持在距所述目标结构一定距离内，所述距离小于所述照射辐射的波长。

6.根据条款5所述的方法，其中，所述第一照射轮廓和第二照射轮廓表示在所述距离内没有目标结构的情况下收集的辐射。

7.根据前述任一条款所述的方法，还包括：

获得表示在与所述光学系统和参考结构相互作用之后由所述光学系统收集的辐射的第三强度轮廓；以及

使用所述第三强度轮廓来导出进一步的校正。

8.根据条款7所述的方法，其中，所述光学系统包括固体浸没透镜和安装件，该安装件可操作用于将所述固体浸没透镜保持在距所述目标结构一定距离内，所述距离小于所述照射辐射的波长，并且还包括获得第四强度轮廓，所述第四强度轮廓表示在不存在SIL的情况下与所述光学系统和参考结构相互作用之后由所述光学系统收集的辐射，以及使用所述第三强度轮廓和第四强度轮廓二者来导出进一步的校正。

9.根据条款7或条款8所述的方法，还包括：获得表示照射辐射在与所述光学系统和目标结构相互作用之前的特性的参考强度轮廓，其中，使用所述第三强度轮廓来导出进一步的校正是使用所述参考强度轮廓来导出所述进一步的纠正。

10.根据前述任一条款所述的方法，其中，导出校正包括对用于获得所述强度轮廓的检测器的特性的校正。

11.根据前述任一条款所述的方法，其中，在所述第一照射轮廓和第二照射轮廓中的每一个轮廓中，小于或等于所述光瞳的大约一半的所述光瞳的一部分被照射，而所述光瞳的剩余部分基本上是暗的，所述照射部分和暗部分在所述第一照射轮廓和第二照射轮廓之间是不同的。

12.根据前述任一条款所述的方法，其中，在所述第一照射轮廓和第二照射轮廓中的每一个轮廓中，每次照射所述光瞳的一部分，所述光瞳的该部分是大于所述光瞳的四分之一并且小于或等于所述光瞳的大约一半的区段。

13.根据前述任一条款所述的方法，其中，所述光学系统可操作用于传送不同可选特性的照射辐射，并且其中利用不同的第一强度轮廓和第二强度轮廓将所述方法执行两次或更多次，以导出适用于在不同可选特性下收集的辐射的校正。

14.一种确定结构的性质的方法，所述方法包括通过任何前述条款的方法导出校正，并且还包括：

15.一种控制光学系统和测量表面之间的相对移动的方法，所述光学系统可操作用于将照射辐射传送到所述测量表面并收集在与所述测量表面的相互作用之后的辐射，所述方法包括：

用检测辐射照射所述测量表面；

接收由所述测量表面散射的检测辐射；以及

基于所接收的散射检测辐射来控制所述相对移动。

16.根据条款15所述的方法，其中，使用污染物照射光学系统执行照射。

17.根据条款15或条款16所述的方法，其中，使用检测辐射收集系统来执行所述接收。

18.根据条款17所述的方法，其中，所述接收包括：

接收表示由所述检测辐射收集系统收集的散射检测辐射的强度轮廓；以及

使用所接收的强度轮廓来确定污染物在所述表面上的存在。

19.根据条款15至18中任一项所述的方法，其中，控制相对移动包括选自以下项中的至少一项：停止所述光学系统的至少一部分的移动；降低所述光学系统的至少一部分的移动速度；将所述光学系统的至少一部分移动到初始位置；或保持所述光学系统和所述测量表面之间的特定距离。

20.一种被配置为导出用于光学系统的校正的设备，所述光学系统可操作用于将照射辐射传送到目标结构并且收集在与所述目标结构的相互作用之后的辐射，所述设备包括处理器，所述处理器被配置为：

21.根据条款20所述的设备，其中，所述处理器被配置为使用所述第一强度轮廓和第二强度轮廓的不同部分来合成表示所述照射辐射与所述光学系统的相互作用的影响的强度轮廓。

22.根据条款20或条款21所述的设备，其中，所述第一强度轮廓和第二强度轮廓中的每一个轮廓表示所述光学系统的后焦平面中的辐射的分布，并且其中所述处理器被配置为使用与所述后焦平面的不同区域相对应的所述第一强度轮廓和第二强度轮廓的部分。

23.根据条款20至22中任一项所述的设备，其中，所述处理器被配置为接收另一强度轮廓，所述另一强度轮廓表示在根据不同于所述第一照射轮廓和第二照射轮廓的另一照射轮廓照射所述光学系统的光瞳时由所述光学系统收集的辐射，并且其中所述处理器被配置为使用所述第一强度轮廓、第二强度轮廓和另一强度轮廓来导出所述校正。

24.根据条款20至23中任一项所述的设备，其中，所述处理器还被配置为：

接收表示在与所述光学系统和参考结构相互作用之后由所述光学系统收集的辐射的第三强度轮廓；以及

使用所述第三强度轮廓来导出进一步的校正。

25.根据条款24所述的设备，其中，所述处理器还被配置为：

接收表示在与所述光学系统和参考结构相互作用之后由所述光学系统收集的辐射的第四强度轮廓，所述第四强度轮廓表示在光学系统中存在固体浸没透镜SIL的情况下收集的辐射，并且所述第四强度轮廓表示在没有固体浸没透镜的情况下由光学系统收集的辐射；以及

使用所述第三强度轮廓和第四强度轮廓二者来导出所述进一步的校正。

26.根据条款25所述的设备，其中，所述处理器还被配置为：

接收表示照射辐射在与所述光学系统和目标结构的相互作用之前的特性的参考强度轮廓；以及

除了所述第三强度轮廓和第四强度轮廓之外，还使用所述参考强度轮廓来导出所述进一步的校正。

27.根据条款20至26中任一项所述的设备，其中，所述处理器被配置为导出所述校正，以便包括对用于获得所述强度轮廓的检测器的特性的校正。

28.根据条款20至27中任一项所述的设备，其中，所述处理器还被配置为：

至少部分地基于所述测量强度轮廓并使用所述导出的校正来计算所述结构的性质的测量值。

29.一种设备，被配置为执行根据条款15至19中任一项的控制光学系统相对于测量表面的移动的方法。

30.根据条款29所述的设备，包括污染物检测系统，所述污染物检测系统包括：

污染物照射系统，被布置为向感兴趣的表面提供污染物检测照射；和

检测辐射收集系统，被布置为收集由所述感兴趣的表面散射的污染物检测照射。

31.根据条款30所述的设备，其中，所述检测辐射收集系统包括镜面辐射滤波组件。

32.根据条款31所述的设备，其中，所述镜面辐射滤波组件选自：可操作用于阻挡镜面辐射的孔径，或可操作用于仅检测非镜面辐射的检测器。

33.根据条款20至32中任一项所述的设备，其中，所述光学系统或所述污染物检测系统中的至少一个包括至少一个光学元件，所述至少一个光学元件被设置有介电涂层，所述介电涂层被配置为增强所述光学元件与感兴趣的结构或表面之间的渐逝波相互作用。

34.一种用于检查表面的光学系统，所述光学系统配置为将照射辐射传送到所述表面并收集在与所述表面的相互作用之后的辐射，所述光学系统包括至少一个光学元件，所述至少一个光学元件被设置有介电涂层，所述介电涂层被配置为增强所述光学元件和所述表面之间的渐逝波相互作用。

35.根据条款34所述的光学系统，其中，所述光学元件是固体浸没透镜。

36.根据条款34或条款35所述的光学系统，其中，所述介电涂层包括多层介电材料。

37.根据条款34至36中任一项所述的光学系统，其中，所述介电涂层匹配感兴趣的结构或表面的至少一种物理性质。

38.一种检查设备，包括：光学系统、用于所述光学系统的控制系统、和条款28的设备，所述控制系统被配置为控制所述光学系统以获得所述第一强度轮廓和第二强度轮廓，以从所述感兴趣的结构中获得所述测量强度轮廓，并且如果适用，则获得所述另一强度轮廓以及所述第三强度轮廓和第四强度轮廓，并且将所述强度轮廓传送到所述处理器，用于导出所述校正并计算所述感兴趣结构的性质。

39.根据条款38所述的检查设备，其中，所述控制系统还被配置为控制光学系统以获得另一强度轮廓，该另一强度轮廓表示在根据不同于所述第一照射轮廓和第二照射轮廓的另一照射轮廓照射所述光学系统的光瞳时由所述光学系统收集的辐射，并且将所述第一强度轮廓、第二强度轮廓和另一强度轮廓传送到所述处理器以用于导出所述校正。

40.根据条款38或条款39所述的检查设备，其中，所述控制系统还被配置为控制所述光学系统以获得表示在与所述光学系统和参考结构的相互作用之后由所述光学系统收集的辐射的第三强度轮廓，并且将所述第三强度轮廓传送到所述处理器以用于导出所述进一步的校正。

41.根据条款38至40中任一项所述的检查设备，其中，所述光学系统包括固体浸没透镜和可操作用于将所述固体浸没透镜保持在距目标结构一定距离内的安装件，所述距离小于所述照射辐射的波长。

42.根据条款40所述的检查设备，其中，所述光学系统包括固体浸没透镜和可操作用于将所述固体浸没透镜保持在距目标结构一定距离内的安装件，所述距离小于所述照射辐射的波长，并且其中所述控制器系统还被配置为获得第四强度轮廓，该第四强度轮廓表示在不存在SIL的情况下与光学系统和参考结构相互作用之后由所述光学系统收集的辐射，并且使用所述第三强度轮廓和第四强度轮廓两者来导出所述进一步的校正。

43.根据条款42所述的检查设备，其中，所述控制系统还被配置为控制所述光学系统以获得参考强度轮廓，该参考强度轮廓表示照射辐射在与所述光学系统和目标结构的相互作用之前的特性，并且其中所述处理器被配置为使用所述参考强度轮廓来导出所述进一步的校正。

44.根据条款38至43中任一项所述的检查设备，其中，所述控制系统被配置为控制所述光学系统以通过在所述距离内没有目标结构的情况下收集辐射来获得所述第一照射轮廓和第二照射轮廓。

45.根据条款38至44中任一项所述的检查设备，其中，控制所述光学系统以生成所述第一照射轮廓和第二照射轮廓中的每一个，使得照射小于或等于所述光瞳的大约一半的所述光瞳的一部分，而所述光瞳的剩余部分基本上是暗的，所述照射部分和暗部分在所述第一照射轮廓和第二照射轮廓之间是不同的。

46.根据条款38至45中任一项所述的检查设备，其中，控制所述光学系统以生成所述第一照射轮廓和第二照射轮廓中的每一个，使得每次照射所述光瞳的一部分，所述光瞳的该部分是大于所述光瞳的四分之一并且小于或等于所述光瞳的大约一半的区段。

47.根据条款38至46中任一项所述的检查设备，其中，所述光学系统可操作用于传送不同可选特性的照射辐射，并且其中所述控制系统被配置为控制所述光学系统两次或更多次以获得不同的第一强度轮廓和第二强度轮廓，从而导出适用于在不同可选特性下收集的辐射的校正。

48.根据条款38至47中任一项所述的检查设备，适于检查在半导体衬底上形成的微观结构。

49.根据条款38至48中任一项所述的检查设备，还包括污染物检测系统，所述污染物检测系统被布置为检测在感兴趣的表面上的污染物。

50.根据条款49所述的检查设备，其中，所述污染物检测系统包括：

51.根据条款38至50中任一项所述的检查设备，其中，所述光学系统或所述污染物检测系统中的至少一个包括至少一个光学元件，所述至少一个光学元件被设置有介电涂层，所述介电涂层被配置为增强所述光学元件与感兴趣的结构或表面之间的渐逝波相互作用。

52.根据条款51所述的检查设备，其中，所述光学元件是固体浸没透镜。

53.根据条款51或条款52所述的设备，其中，所述介电涂层包括多层介电材料。

54.根据条款51至53中任一项所述的设备，其中，所述介电涂层匹配感兴趣的结构或表面的至少一种物理性质。

55.一种包含一个或多个机器可读指令序列的计算机程序产品，所述机器可读指令序列用于使处理系统执行条款1至19中任一项所述的方法或实现条款20-33中任一项所述的处理器。

56.一种包括光刻工艺步骤的制造器件的方法，其中，在执行光刻工艺步骤之前或之后，通过条款1至19中任一项的方法获得衬底上的结构的测量，并且其中所获得的测量被用来调节光刻工艺步骤的参数以用于衬底和/或其他衬底的处理。

本文中使用的术语“辐射”和“光束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有或大约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在5nm至20nm范围内的波长)以及诸如离子束或电子束之类的颗粒束。

在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以指代包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学组件在内的各种类型的光学组件中的任何一个或组合。

虽然上面已经描述了特定实施例，但是应该理解，本发明可以以不同于所描述的其他方式来实践。此外，设备的各部分可以以包含一个或多个描述上述方法的机器可读指令序列的计算机程序或者具有这样的计算机程序存储在其中的数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)的形式来实现。

以上描述旨在是说明性的而非限制性的。因此，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离下面阐述的权利要求的范围的情况下，可以对所描述的发明进行修改。

Claims

1.一种导出用于光学系统的校正的方法，所述光学系统可操作用于将照射辐射传送到目标结构并收集在与所述目标结构的相互作用之后的辐射，所述方法包括：

获得第一强度轮廓，所述第一强度轮廓表示在根据第一照射轮廓照射所述光学系统的光瞳时由所述光学系统收集的辐射；

获得第二强度轮廓，所述第二强度轮廓表示在根据不同于所述第一照射轮廓的第二照射轮廓照射所述光学系统的所述光瞳时由所述光学系统收集的辐射；以及

使用所述第一强度轮廓和所述第二强度轮廓来导出校正，与和目标结构的相互作用相反，所述校正用于减轻所述照射辐射与所述光学系统的相互作用的影响，

其中在所述第一照射轮廓和所述第二照射轮廓的每一个轮廓中，小于或等于所述光瞳的大约一半的所述光瞳的一部分被照射，而所述光瞳的剩余部分基本上是暗的，被照射的部分和暗的部分在所述第一照射轮廓和所述第二照射轮廓之间是不同的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述第一强度轮廓和所述第二强度轮廓来导出所述校正是使用所述第一强度轮廓和所述第二强度轮廓的不同部分来合成表示所述照射辐射与所述光学系统的相互作用的影响的强度轮廓。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一强度轮廓和所述第二强度轮廓中的每一个轮廓表示所述光学系统的后焦平面中的辐射的轮廓，并且其中使用所述第一强度轮廓和所述第二强度轮廓来导出所述校正是使用与所述后焦平面的不同区域相对应的所述第一强度轮廓和所述第二强度轮廓的部分。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，获得另一强度轮廓，所述另一强度轮廓表示在根据不同于所述第一照射轮廓和所述第二照射轮廓的另一照射轮廓照射所述光学系统的所述光瞳时由所述光学系统收集的辐射，所述使用所述第一照射轮廓和所述第二照射轮廓来导出所述校正是使用所述第一强度轮廓、所述第二强度轮廓和所述另一强度轮廓来导出所述校正。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光学系统包括固体浸没透镜和安装件，所述安装件可操作用于将所述固体浸没透镜保持在距所述目标结构一定距离内，所述距离小于所述照射辐射的波长。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一照射轮廓和所述第二照射轮廓表示在所述距离内没有目标结构的情况下收集的辐射。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：

获得第三强度轮廓，所述第三强度轮廓表示在与所述光学系统和参考结构相互作用之后由所述光学系统收集的辐射；以及

使用所述第三强度轮廓来导出进一步的校正。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步地，其中，所述光学系统包括固体浸没透镜和安装件，所述安装件可操作用于将所述固体浸没透镜保持在距所述目标结构一定距离内，所述距离小于所述照射辐射的波长，并且还包括获得第四强度轮廓，所述第四强度轮廓表示在不存在SIL的情况下与所述光学系统和所述参考结构的相互作用之后由所述光学系统收集的辐射，并且使用所述第三强度轮廓和所述第四强度轮廓二者来导出所述进一步的校正。

9.根据权利要求7所述的方法，还包括：获得参考强度轮廓，所述参考强度轮廓表示所述照射辐射在与所述光学系统和目标结构的相互作用之前的特性，其中使用所述第三强度轮廓来导出进一步的校正是使用所述参考强度轮廓来导出所述进一步的校正。

10.一种被配置为导出用于光学系统的校正的设备，所述光学系统可操作用于将照射辐射传送到目标结构并且收集在与所述目标结构的相互作用之后的辐射，所述设备包括处理器，所述处理器被配置为：

接收第一强度轮廓，所述第一强度轮廓表示在根据第一照射轮廓照射所述光学系统的光瞳时由所述光学系统收集的辐射；

接收第二强度轮廓，所述第二强度轮廓表示在根据不同于所述第一照射轮廓的第二照射轮廓照射所述光学系统的所述光瞳时由所述光学系统收集的辐射；以及

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述处理器被配置为使用所述第一强度轮廓和所述第二强度轮廓的不同部分来合成表示所述照射辐射与所述光学系统的相互作用的影响的强度轮廓。

12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述第一强度轮廓和所述第二强度轮廓中的每一个轮廓表示所述光学系统的后焦平面中的辐射的轮廓，并且其中所述处理器被配置为使用与所述后焦平面的不同区域相对应的所述第一强度轮廓和所述第二强度轮廓的部分。

13.根据权利要求10所述的设备，其中，所述光学系统包括至少一个光学元件，所述至少一个光学元件被设置有介电涂层，所述介电涂层被配置为增强所述光学元件与感兴趣的结构或表面之间的渐逝波相互作用。