CN109690412B - 确定结构的特性的方法、检查设备以及器件制造方法 - Google Patents

Abstract

光学系统和检测器捕获通过与目标结构交互而修改的辐射的分布。使用观测到的分布以计算结构的特性(例如CD或套刻)。与光学系统相关的条件误差(例如聚焦误差)在观测值之间可变。记录特定于每个捕获的真实条件误差并用于对于由特定于观测值的条件误差所引起的所观测分布的偏离而应用校正。在一个实际示例中校正是基于相对于单位聚焦误差之前限定的单位校正。该单位校正可以根据特定于观测值的聚焦误差而线性地缩放。

Description

确定结构的特性的方法、检查设备以及器件制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2016年9月12日提交的美国申请62/393,521的优先权，并且该申请在此通过全文引用的方式并入本文。

技术领域

本说明书涉及用于确定结构特别是显微结构的特性的光学方法和设备。实施例可以应用于例如检查设备和/或例如在由光刻技术制造器件中可使用的光刻设备。实施例可以应用于例如采用固体沉浸透镜(SIL)或微SIL的检查设备中。

背景技术

光刻工艺是将所希望图案施加至衬底上、通常至衬底的目标部分上的工艺。光刻工艺可以用于例如集成电路(IC)的制造。在该情形中，备选地称作掩模或刻线板的图案化装置可以用于产生将要形成在IC的单个层上的电路图案。该图案可以转移至衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括一个或数个管芯的部分)上。图案的转移通常是经由成像至提供在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。可以包括步进和/或扫描移动以在跨衬底的连续目标部分处重复图案。也能够通过压印图案至衬底上而将图案从图案化装置转移至衬底。

在光刻工艺中，频繁地希望对所形成的结构进行测量，例如用于工艺控制和验证。用于进行该测量的各种工具是已知的，包括通常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜，以及用以测量光刻设备的套刻(形成在不同图案化步骤中的图案之间例如在器件中两个层之间的对准的精确度)和散焦的专用工具。近期，已经研发了各种形式散射仪用于光刻领域。这些装置将辐射束引导至目标上并测量被散射辐射的一个或多个特性—例如作为波长函数的在单个反射角下的强度；取决于反射角的在一个或多个波长下的强度；或者取决于反射角的偏振—以获得由此可以确定感兴趣目标的特性的“光谱”或“光瞳图像”。可以由各种技术执行感兴趣特性的确定：例如由迭代方案诸如严格耦合波分析或有限元方法对目标结构的重构；库搜索；以及主要成分分析。

散射仪的示例包括美国专利申请公开序列号US2006-033921和US2010-201963中所述类型的角分辨散射仪。由这些散射仪使用的目标是相对较大例如40μm乘以40μm的光栅，并且测量束产生小于光栅的光斑(也即光栅未填满)。除了通过重构测量特征形状之外，可以使用这些设备测量基于衍射的套刻，如美国专利申请公开序列号US2006-066855中所述。方法和散射仪也公开在美国专利申请公开序列号US2011-0027704、US2006-033921和US2010-201963中。随着光刻工艺中物理尺寸的减小，需要检查越来越小的特征，并且也需要减小由特定于量测的特征所占据的空间。再次通过引用包括所有这些申请的内容。

为了例如增大可以捕获的散射角的范围，可以在物镜与目标结构之间提供固体(solid)沉浸透镜(SIL)或微型SIL(微SIL)。包括固体沉浸透镜(SIL)的角分辨散射仪的示例公开在美国专利申请公开序列号US2009-316979中。SIL与目标的极端邻近导致大于1的非常高的有效NA，意味着可以在光瞳图像中捕获散射角的更大范围。在用于半导体量测的检查设备中应用该SIL公开在美国专利申请公开序列号US2016-061590中。

为了利用增大的值孔径，需要将SIL与目标之间的间隙设置并维持至最佳值。例如，间隙可以是几十纳米，例如在范围10-100nm内以维持SIL与衬底的近场光学交互。用于控制SIL元件高度的设置描述在美国专利申请公开序列号US2016-061590和2016年4月19日提交的PCT专利申请序列号PCT/EP2016/058640中。在此通过全文引用的方式包括所有所述申请和专利申请公开的内容。SIL的使用可以允许形成较小的照射光斑，并且因此也可以允许使用较小的目标。

发明内容

光刻系统中的问题通常在于精确地控制光学系统中条件，以便其如所希望而执行。在例如定位误差的事件中或者例如在光学元件内的差分加热效应，例如可以引起失真所捕获图像的像差。在散射仪的情形中，例如，测得光瞳图像中的失真可以导致例如由重构所获得测量值的不精确性或不确定性。定位误差的示例包括焦点误差，和/或一个或多个部件的倾斜误差。在光学系统包括SIL或微SIL的情形中，像差可以是其中以正确的高度、位置和倾斜而聚焦物镜的精确地定位SIL中误差的结果。就此而言，可以采用贯穿测量的伺服系统动态地控制定位。但是，通常在定位中存在一些瑕疵，并且失真是不可避免的。因为位置误差在测量之间和甚至在测量之间动态地变化，因此它们无法由传统的校准技术校正。

本公开的原理不限于包括SIL或微SIL元件的光学系统。然而，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特定的应用。

在此所述的实施例目的在于使能例如在存在随时间改变的条件误差时以更大的精确度测量目标结构的一个或多个特性。在此所述的实施例目的在于使能例如更精确的测量而并不具有重新计算光学系统的基于衍射模型的高计算负担。

根据一个方面，提供了一种确定结构的特性的方法，方法包括：

(a)使用光学系统以收集通过与结构交互而修改的辐射；

(b)观测所收集辐射在光学系统的捕获平面中的分布；以及

(c)基于步骤(b)中所观测的辐射分布的至少一个观测值而计算结构的特性，

其中与光学系统相关联的条件误差在观测值之间可变，以及其中步骤(c)中的计算包括对于由于对于观测值特殊的条件误差引起的分布的偏离而校正。

条件误差可以例如是定位误差(包括但不限于焦点误差)，或热条件误差、气体条件误差或机械条件误差。这些误差的组合可以存在于真实系统中，并且可以并行或组合地校正。

一些类型误差以可预测方式随着条件误差的幅度而缩减。在该情形中，实施例可以涉及限定与单位条件误差相对应的单位校正，并且根据与观测值相关联的真实条件误差而缩减单位校正。

根据一个方面，提供了一种被配置用于确定结构的特性的设备，设备包括设置用于基于在光学系统的捕获平面中辐射的分布的至少一个观测值而计算结构的特性的处理器，光学系统已经收集了已经通过与结构交互而修改的辐射，其中与光学系统相关联的条件误差在观测值之间可变，以及其中设置处理器以对于由于对于观测值特殊的条件误差引起的分布的偏离应用校正。

根据一个方面，提供了一种用于确定结构的特性的检查设备，设备包括：

-光学系统，用于收集通过与结构交互修改的辐射；以及

-图像传感器，用于观测在光学系统的捕获平面中所收集辐射的分布，输出观测的分布以用于计算结构的特性，

其中与光学系统相关联的条件误差在观测值之间可变，以及其中检查设备被设置为输出对于观测值特殊的条件误差的信息以用于计算对于由于条件误差引起观测分布的偏离的校正。

根据一个方面，提供了一种计算机程序产品，包括用于使得处理系统执行如上所述方法的计算步骤的机器可读指令的一个或多个序列。计算机程序产品可以包括非临时存储媒介。

根据一个方面，提供了一种制造器件的方法，包括光刻工艺步骤，其中在执行光刻工艺步骤之前或之后，由在此所阐述的方法获得衬底上结构的测量值，以及其中使用所获得测量值以调节用于处理衬底和/或其他衬底的光刻工艺步骤的一个或多个参数。

通过考虑以下所述示例将使得这些和其他一个方面对于熟练读者变得明显。

附图说明

现在将仅借由示例的方式参照附图描述实施例，其中：

图1描绘了一种光刻设备；

图2描绘了其中可以使用检查设备的光刻单元或集群；

图3描绘了设置用于执行角分辨散射测量的检查设备的示例，作为其中可以应用实施例的光学系统的示例；

图4描绘了设置用于执行角分辨散射测量的检查设备的示例，其中光学系统包括固体沉浸透镜(SIL)，作为其中可以应用实施例的光学系统的另一示例；

图5以黑白图示出了在图5的检查设备中由图像传感器捕获的光瞳图像的示例；

图6是在图5的光瞳图像中引入失真的图，作为在物镜和SIL之间焦点误差的结果，作为定位误差和更通常条件误差的示例；

图7是根据实施例的测量结构的特性而同时在光瞳图像的捕获中校正一个或多个动态条件误差的流程图；以及

图8是说明了使用由图7的方法进行测量而控制量测方法和/或光刻制造工艺的性能的方法的流程图。

具体实施方式

在详细描述实施例之前，展示实施例可以实施在其中的示例性环境是有益的。

图1示意性描绘了光刻设备LA。设备包括配置用于调节辐射束B(例如UV辐射或DUV辐射)的照射系统(照射器)IL，构造用于支撑图案化装置(例如掩模)MA并连接至配置用于根据某些参数精确地定位图案化装置的第一定位器PM的图案化装置支座或支撑结构(例如掩模工作台)MT；每个构造用于固定衬底(例如涂覆了抗蚀剂的晶片)W且每个连接至配置用于根据某些参数精确地定位衬底的第二定位器PW的两个衬底工作台(例如晶片工作台)WTa和WTb；以及配置用于将由图案化装置MA赋予辐射束B的图案投影至衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)上的投影系统(例如折射投影透镜系统)PS。参考坐标系RF连接各个部件，并且用作用于设置并测量图案化装置和衬底以及其上特征的位置的参考。

照射系统可以包括用于引导、定形或控制辐射的各种类型光学部件，诸如折射、反射、磁性、电磁、电磁或其他类型光学部件、或者其任意组合。

图案化装置支座以取决于图案化装置的朝向、光刻设备的设计、以及其他条件诸如例如图案化装置是否固定在真空环境中的方式而固定图案化装置。图案化装置支座可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术以固定图案化装置。图案化装置支座MT可以是框架或工作台，例如，如需要的话其可以是固定或可移动的。图案化装置支座可以确保图案化装置处于所希望位置处，例如相对于投影系统。

如在此使用的术语“图案化装置”应该广义地解释为涉及可以用于在其截面中赋予辐射束图案以便于在衬底的目标部分中形成图案的任何装置。应该注意，赋予辐射束的图案可以不精确地对应于衬底的目标部分中的所希望图案，例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征。通常，赋予辐射束的图案将对应于形成在目标部分中器件中的特定功能层，诸如集成电路。

如在此所示，设备是透射类型(例如采用透射式图案化装置)。备选地，设备可以是反射类型(例如采用如上所述类型的可编程镜面阵列，或采用反射掩模)。图案化装置的示例包括掩模、可编程镜面阵列、和可编程LCD面板。在此术语“刻线板”或“掩模”的任何使用可以视作与更常用术语“图案化装置”含义相同。术语“图案化装置”也可以解释为涉及存储以数字形式的图案信息以用于控制该可编程图案化装置的装置。

在此使用的术语“投影系统”应该广义地解释为包括任何类型投影系统，包括折射、反射、折反射、磁性、电磁和静电光学系统，或者其任意组合，如对于所使用曝光辐射合适的，或者对于其他因素诸如使用沉浸液体或使用真空合适的。术语“投影透镜”在此的任何使用可以视作与更常用术语“投影系统”含义相同。

光刻设备也可以是其中衬底的至少一部分可以由具有相对较高折射率的液体例如水覆盖以便于填充投影系统和衬底之间空间的类型。沉浸液体也可以施加至光刻设备中的其他空间，例如，在掩模和投影系统之间。沉浸技术在本领域广泛已知用于增大投影系统的值孔径。

在工作中，照射器IL从辐射源SO接收辐射束。源和光刻设备可以是分立实体，例如当源是受激准分子激光器时。在该情形中，源不应视作形成光刻设备的一部分且辐射束借助于束输送系统BD而从源SO传至照射器IL，束输送系统BD包括例如合适的引导镜面和/或扩束器。在其他情形中，源可以是光刻设备的整体成型部分，例如当源是汞灯时。源SO和照射器IL、如果需要的话与束输送系统BD一起可以称作辐射系统。

照射器IL可以例如包括用于调节辐射束的角强度分布的调节器AD，积分器IN以及聚光器CO。照射器可以用于调节辐射束，以在其截面中给予其所希望的均匀性和强度分布。

辐射束B入射在固定于图案化装置支座MT上的图案化装置MA上，并由图案化装置图案化。通过横跨图案化装置(例如掩模)MA，辐射束B穿过将束聚焦至衬底W的目标部分C上的投影系统PS。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如干涉仪装置、线性编码器、2-D编码器或电容性传感器)，可以精确地移动衬底工作台WTa或WTb，例如以便于在辐射束B的路径中定位不同的目标部分C。类似地，第一定位器PM和另一位置传感器(图1中未明确地示出)可以用于相对于辐射束B的路径而精确地定位图案化装置(例如掩模)MA，例如在从掩模库机械检索之后或者在扫描期间。

图案化装置(例如掩模)MA和衬底W可以使用图案化装置对准标记M1、M2以及衬底对准标记P1、P2对准。尽管如所示的衬底对准标记占据专用的目标部分，它们可以位于目标部分之间的空间中(这些已知为划片线对准标记)。类似地，在其中多于一个管芯提供在图案化装置(例如掩模)MA上的情形中，图案化装置对准标记可以位于管芯之间。小对准标记也可以包括在管芯内，在装置特征之中，在该情形中希望标记尽可能小且无需除了相邻特征之外任何不同的成像或工艺条件。以下进一步描述检测对准标记的对准系统。

所示的设备可以用于各种模式。在扫描模式中，图案化装置支座(例如掩模工作台)MT和衬底工作台WT同步地扫描，此时将赋予辐射束的图案投影至目标部分C上(也即单次动态曝光)。衬底工作台WT相对于图案化装置支座(例如掩模工作台)MT的速率和方向可以由投影系统PS的缩放和图像反转特征所确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制在单次动态曝光中目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而扫描运动的长度确定目标部分的高度(沿扫描方向)。其他类型光刻设备和工作模式是可能的，如本领域广泛已知。例如，步进模式是已知的。在所谓的“无掩模”光刻中，可编程图案化装置保持固定但是具有变化的图案，并且移动或扫描衬底工作台WT。

也可以采用对上述使用模式的组合和/或变形，或者采用完全不同的使用模式。

光刻设备LA是所谓的双级类型，其具有两个衬底工作台WTa、WTb以及两个站台—曝光站台EXP和测量站台MEA—衬底工作台在它们之间可以交换。当在曝光站台处曝光一个衬底工作台上的一个衬底时，可以将另一衬底载入测量站台处的另一衬底工作台上且执行各种准备步骤。这使能显著增大设变得吞吐量。准备步骤可以包括使用水平传感器LS绘制衬底的表面高度轮廓并使用对准传感器AS测量衬底上对准标记的位置。如果当其处于测量站台处以及在曝光站台处时位置传感器IF无法测量衬底工作台的位置，可以提供第二位置传感器以使能在两个站台处追踪衬底工作台相对于参考坐标系RF的位置。其他设置是已知的且替代于所示的双级设置可使用。例如，其他光刻设备是已知的，其中提供了衬底工作台和测量工作台。当执行准备测量时这些码接在一起，并且当衬底工作台经历曝光时随后拆分。

设备进一步包括光刻设备控制单元LACU，其控制了所述的各种致动器和传感器的所有移动和测量。LACU也包括信号处理和数据处理能力以实施与设备的操作相关的所希望计算。实际上，控制单元LACU将实现作为许多子单元的系统，每个子单元处理实时数据采集，处理并控制设备内的子系统或部件。例如，一个处理子系统可以特定于衬底定位器PW的伺服控制。分立单元可以甚至操纵粗调和精调致动器，或不同的轴线。另一单元可以特定于位置传感器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，有时也称作光单元或集群，其也包括用以对衬底执行曝光前和曝光后工艺处理的设备。传统地，这些包括用以沉积抗蚀剂层的旋涂机SC，用以显影已曝光抗蚀剂的显影机DE，冷却板CH和烘焙板BK。衬底操纵器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，在不同工艺设备之间移动它们并随后输送它们至光刻设备的进料台LB。通常共同地称作“轨道”的这些装置在轨道控制装置TCU的控制之下，其自身由监管控制系统SCS控制，SCS也经由光刻控制单元LACU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加工处理效率。

为了正确地且一致地曝光由光刻设备所曝光的衬底，希望检查已曝光衬底以测量特性诸如后续层之间的套刻误差、线条厚度、临界尺寸(CD)等。因此光刻单元LC位于其中的制造设备也包括量测系统MET，其接收已经在光刻单元中处理过的衬底W的一些或全部。量测结果直接或间接地提供至监管控制系统SCS。如果检测误差，可以对后续衬底的曝光进行调节，尤其是如果可以足够及时且快速进行测量以使得相同批次的其他衬底仍然待曝光。此外，可以剥除并返工已经曝光的衬底以提高良率，或者废弃，由此避免对已知为故障的衬底执行进一步加工。在其中仅衬底的一些目标部分故障的情形中，可以仅对良好的那些目标部分执行进一步曝光。

在量测系统MET内，使用检查设备以确定衬底的特性，并且特别地，不同衬底或者相同衬底的不同层的特性可以如何在层与层之间变化。检查设备可以集成至光刻设备LA或光单元LC中，或者可以是独立装置。为了使能更快速的测量，希望检查设备在曝光之后立即测量已曝光抗蚀剂层中的特性。然而，抗蚀剂中的潜像具有非常低的对比度—在已经曝光至辐射的抗蚀剂部分与那些尚未曝光的部分之间仅存在非常小的折射率差异—且并非所有检查设备具有足够灵敏度以进行潜像的有用测量。因此可以在曝光后烘焙步骤(PEB)之后进行测量，这通常是对已曝光衬底执行的第一步骤且增大了在抗蚀剂的已曝光和未曝光部分之间的对比度。在此阶段，抗蚀剂中的图像可以称作半潜像。也能够对已显影抗蚀剂图像进行测量—在此刻已经移除了抗蚀剂的已曝光或未曝光部分—或者在图案转移步骤诸如刻蚀之后。后者可能限制了故障衬底返工的可能性但是可以仍然提供有用的信息。

检查设备示例

图3示出了可以替代于或者除了分光镜散射仪之外可以使用的角分辨散射仪的基本元件。在该类型检查设备中，由照射系统12调节由辐射源11发出的辐射。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以及孔径装置13。已调节辐射沿着照射路径LP，其中其由部分反射的表面15反射并经由显微物镜16聚焦成衬底W上的斑点S。量测目标T可以形成在衬底W上。透镜16具有高的值孔径(NA)，希望至少0.9且更希望至少0.95。可以使用沉浸流体以如果需要的话获得超过1的值孔径。可以通过使用固体沉浸透镜(SIL)技术包括微SIL或其等价形式而获得NA的进一步增大。

如在光刻设备LA中，可以提供一个或多个衬底工作台以在测量操作期间固定衬底W。衬底工作台可以形式上类似于或等同于图1的衬底工作台WTa、WTb。(在其中检查设备与光刻设备集成的示例中，它们可以甚至是相同的衬底工作台。)可以配置粗调和精调定位器以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用以采集感兴趣目标的位置，并使其处于在物镜16之下的位置。通常可以在跨衬底W的不同位置处对目标进行许多测量。衬底支座可以沿X和Y方向移动以采集不同目标，并且沿Z方向移动以获得光学系统对目标的所需聚焦。考虑并描述操作如同使得物镜和光学系统在衬底上不同位置是方便的，当实际上光学系统保持实质上固定且仅衬底移动时。假设衬底和光学系统的相对位置是正确的，原则上它们的一个或两者是否在真实世界中移动是无关紧要的。

辐射束的一部分透射穿过部分反射表面15并沿着参考路径RP朝向参考镜面14。

由透镜16收集由衬底反射的辐射、包括由任何量测目标T所衍射的辐射，并沿着收集路径CP，其中其穿过部分反射表面15至检测器19中。检测器可以位于透镜16的光瞳面P中，其概念上位于透镜16的后焦距F处。实际上，后焦距可以仅为几毫米，并且光瞳面自身可以在透镜组件内的难以接近的位置处，并且可以替代地采用辅助光学元件(未示出)重新成像至位于所谓共轭光瞳面P’中的检测器上。说明纯粹是为了说明原理，并且并未描绘整个光学系统。光瞳面P也可以称作后焦平面。检测器可以是二维检测器因此可以测量衬底目标T的二维角散射光谱或衍射光谱。在光瞳面或共轭光瞳面中，辐射的径向位置限定了在聚焦光斑S的平面中辐射的入射/出射角，并且光轴O周围角位置限定了辐射的方位角。检测器19可以例如是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。

形成检测器19的图像传感器的平面可以视作光学系统的捕获平面。尽管本示例将该捕获平面置于光学系统的后焦平面中，捕获平面原则上可以是任何平面。

将参考路径RP中的辐射投影至相同检测器19的不同部分上，或者备选地投影至不同检测器(未示出)上。参考束通常例如用于测量入射辐射的强度，以允许在散射光谱中所测量强度值的归一化。

返回至设备，照射系统12的各个部件可以是可调节的以实施在相同设备内的不同量测“方案”。滤色器12b可以例如由一组干涉滤光器实施以在例如405-790nm或甚至更低诸如200-300nm范围内选择不同的感兴趣波长。干涉滤光器可以是可调谐的，而不是包括一组不同滤光器。可以替代于干涉滤光器而使用光栅。偏振器12c可以是可旋转或可交换的以便于在辐射光斑S中实施不同的偏振状态。可以调节孔径装置13以实施不同的照射分布。孔径装置13位于与物镜16的光瞳面以及检测器19的平面共轭的平面P”中。以该方式，由孔径装置限定的照射分布限定了穿过孔径装置13上不同位置的、入射在衬底上的辐射的角分布。

检测器19可以测量在单个波长(或窄波长范围)下被散射辐射的强度，在多个波长下或波长范围之上积分的分立强度。进一步，检测器可以分立地测量横向磁偏振和横向电偏振的辐射的强度和/或在横向磁偏振辐射与横向电偏振辐射之间的相位差。

其中量测目标T提供在衬底W上，这可以是1-D光栅，印刷其以使得在显影之后由固体抗蚀剂线条形成栅条。目标可以是2-D光栅，印刷其以使得在显影之后，由固体抗蚀剂柱体或抗蚀剂中通孔而形成光栅。栅条、柱体或通孔可以备选地刻蚀至衬底中。该图案对于光刻投影设备特别是投影系统PS中的光学效应敏感。例如，照射对称性和像差的存在将自身表现为印刷光栅中的变化。因此，使用印刷光栅的散射测量数据以重构光栅。1-D光栅的参数诸如线条宽度和形状、或者2-D光栅的参数诸如柱体或通孔的宽度或长度或形状可以输入至重构进程，由处理单元PU执行，来自对印刷步骤和/或其他散射测量工序的认知。在此所公开的技术不限于光栅结构的检查，并且包括空白衬底或其上仅具有平坦层的衬底的任何目标结构包括在术语“目标结构”内。

除了通过重构测量一个或多个参数之外，角分辨散射测量在产品和/或抗蚀剂图案中特征的非对称性的测量是有用的。非对称性测量的特定应用是用于套刻的测量，其中目标包括一个叠加在另一个上的周期性特征的一个集合。使用图3的仪器进行非对称性测量的概念描述在例如以上所引用的美国专利申请公开序列号US2006-066855中。简言之，尽管仅由目标的周期性确定了在目标的衍射光谱中衍射阶量的位置，衍射光谱中强度水平的非对称性指示了在构成目标的单个特征中的非对称性。在图3的仪器中，其中检测器19可以是图像传感器，衍射阶量中的该非对称性直接地表现为由检测器19所记录的光瞳图像中的非对称性。该非对称性可以由单元PU中数字图像处理而测量，并针对套刻的已知值校准。

具有固体沉浸透镜(SIL)的检查设备

图4示出了图3的散射仪的修改版本，其中可以收集更大的辐射角度范围。部件标注与图3的散射仪中相同。使用包括SIL和相干辐射的设备的检查的益处例如描述在以上所引用的美国专利申请公开序列号US2009-316979和US2016-061590中。在一些实施例中，SIL的使用也允许将更小的照射光斑S’应用于较小的光栅目标T”。

比较图4与图3的设备，第一差别在于提供接近目标T’的额外光学元件60。本示例中该额外的光学元件是微型固体沉浸透镜(SIL)，具有仅毫米量级例如在1mm至5mm范围内、例如大约2mm的截面宽度(例如直径)。在一个示例中这包括半球体材料，诸如折射率n的玻璃，其接收垂直入射其表面的辐射的射线。可以使用透镜沉浸在液体中以提高显微镜和光刻的分辨率。固体沉浸透镜已经在显微镜和光刻中提出，作为实现类似增益的方式而并未使得液体沉浸不方便。可以由光学系统收集的散射角的范围以因子n增大，使用半球SIL。使用“超半球”SIL，角范围增大可以是高达n²。可以通过减小用作量测目标的光栅结构的间距而采用该增大的NA(包括使用真实的器件结构作为量测光栅)。增大的NA可以用于增大所捕获的衍射光谱的一部分，对于给定的间距和波长。然而，为了确保SIL的确以该方式提高了系统的性能，半球的底部或者与目标T’接触或者定位与其极其贴近，在半波长内或更小。这限制了其实际应用。

也可以使用所谓的微SIL透镜，替代于大约2微米直径，其截面宽度(例如直径)比例如大约2微米小很多倍。在其中图5中SIL 60设备是微SIL透镜的示例中，其可以具有小于10μm的截面宽度(例如直径)，潜在地小于5μm。

不论是否使用微型SIL 60或微SIL透镜，其可以附接至可移动支座以便对准以及与样本邻近的控制比其中透镜具有更大截面宽度(例如直径)的情形远远更简单。图5中的SIL 60经由臂部64和致动器66安装至支撑物镜16的框架62。致动器66可以在工作中是压电的，例如，或者可以是音圈促动的。其可以与定位了物镜的其他致动器组合工作作为与目标相关的整体。关于上述粗调和精调定位器，例如，致动器66和臂部64可以视作是超精调定位器。本领域技术人员应该知晓，这些不同定位器的伺服控制回路可以以在此无需描述的方式相互集成。部件62、64和66与衬底工作台和定位器(如上所述但是未示出)一起形成了用于定位相互紧邻靠近的SIL和目标T’的支撑设备。

原则上，SIL 60可以刚性地安装至框架62，和/或可以截面宽度(例如直径)更大。分立的基座和致动器允许更容易控制SIL位置。该布置允许移动所需的质量较小，并且允许分立控制物镜至SIL距离以及SIL至目标距离。其也允许控制SIL和目标结构之间的尖端/倾斜角度，这无法在物镜级中提供。

在此所示安装臂部64和致动器66的形式纯粹是示意性的。在上述PCT专利申请序列号PCT/EP2016/058640中描述了基座和致动器66的实际实施方式。

包括SIL 60开启了聚焦至远远更小光斑S’的可能性。如上所述，SIL通过捕获来自目标的近场辐射而工作，并且为此目的其定位实质上比辐射的一个波长(λ)更靠近目标结构，通常比半波长更近，例如大约λ/20。距离越近，近场信号耦合至仪器中越强。SIL 60和目标T’之间的气体间隙可以因此小于100nm，例如在10nm和50nm之间。因为有效地增大了散射仪的NA，也可以减小目标光栅的间距更接近产品尺寸，而同时仍然捕获了被散射辐射的所希望部分。备选地，可以维持间距而同时捕获散射光谱的更大部分。在基于衍射的量测的情形中，被捕获部分可以包括更高阶衍射信号，除了零阶散射光谱之外。

在其中将使用微SIL的示例中，无法将传统地用于散射仪中类型的相干辐射聚焦成与微SIL同样小的微型光斑。因此，在该实施例中辐射源11可以是相干源诸如激光器。激光源可以经由光纤耦合至照射系统12。对光斑尺寸的限制由聚焦透镜系统的值孔径与激光波长设置。如在美国专利申请公开序列号US2016-061590中所述，可以使用具有激光辐射源的仪器以执行不同类型的散射测量，例如，相干傅里叶散射测量(CFS)。

条件误差和失真

如已经所述，在散射测量中，借由物镜16，以大角度分布(NA)照射光栅或其他目标结构，并由相同的物镜重新收集从光栅散射返回的辐射。该散射的辐射在物镜的后焦平面中形成角分辨的辐射分布，其成像在检测器19上。当使用固体沉浸透镜(SIL)60时，额外(半球形)透镜元件如图4中放置在物镜16之下。该透镜的底表面(SIL尖端)保持与目标非常小的距离(例如大约20纳米的气体间隙)。如前所述，从目标和SIL尖端反射的辐射在物镜的后焦平面中形成光瞳图像，其由检测器19数字化捕获。该方法的优点在于，由于SIL的高折射率，可以检测的角空间增大。后焦平面在该示例中形成了光学系统的捕获平面，如上所述。

图5粗略表示了数字化捕获作为“光瞳图像”的该辐射分布的示例。通过由该图像以及由结构和光学系统的某些已知参数计算而获得目标的临界尺寸(高度，宽度，层厚度等)。例如在CD重构方法中，最小化了对于目标光栅的参数化模型的检测到辐射分布(光瞳)和算的辐射分布之间的差异，模型的浮动参数是临界尺寸。在光瞳图像的X-Y平面中像素位置对应于由目标结构所散射的射线的不同角度。辐射波段的形状和强度以及在光瞳图像中的阴影对应于被散射辐射的角分布，并也包含了关于结构的信息。

如已经所述，本公开不限于在物镜前具有SIL或微SIL元件的光学系统的应用，但是本公开目的在于解决特别在具有SIL元件的光学系统的使用中出现的某些问题。特别地，本公开与在目标结构的测量期间可以由光学系统中条件的误差引起的问题相关。光学系统无法完美成像，其与完美成像的偏离称作像差。来自各种源的条件误差可以引起额外的像差。如果这些像差是恒定的，可以对它们建模和/或测量。可以通过校准而潜在地校正它们以从测量移除它们的效应。然而，各种不同条件误差可以出现，其在测量之间以及甚至在测量内动态地变化。这些可变条件误差的一些示例是由于加热引起的透镜的失真，和/或物镜和/或SIL沿Z(聚焦)方向或X-Y方向的定位、或者在倾斜角度上的伺服误差。将作为特定示例讨论聚焦误差，并未将本公开限定于该特定的误差。

通常为了成像像差校正显微物镜但是对于光瞳像差并非必须。当目标结构在焦点外时光瞳像差导致失真的散射测量光瞳。散焦和/或光瞳像差越大，失真越强。为此原因，规定为角分辨散射测量定制的物镜具有尽可能低的光瞳像差，并且规定量测工具具有非常严的聚焦控制。定制的光学元件是昂贵的。当涉及在目标结构之上动态地悬停若干纳米的SIL时，特别需要严聚焦控制。如果当处理所捕获的光瞳图像时可以减小像差的效应，测量精确度将提高。相反，对于特殊的测量精确度，如果可以通过处理校正像差的效应，则可以降低光学系统部件的品质和成本。可以避免定制光学元件。

散焦的一个贡献者是由于受各种支座(“级”)的快速运动激发的谐振而在物镜16和SIL60与定位子系统(物镜级、SIL级、传感器级、衬底级)之间的相对机械振动，以及外部干扰源诸如地面振动和冷却风扇振动/声波。另一贡献者是由于有限的校准精度和对于气体间隙(SIL和晶片之间)敏感度而光学聚焦传感器信号有缺陷，在其他之中。

结果，散焦在测量与测量之间且甚至在一个测量期间变化。由于失真的CD变化因此终止于量测工具的测量再现性。可以采用物镜级的高带宽反馈控制并采用低可传递系统动力学而原则上减小机械振动。然而，这可以涉及主要设计工作并可能导致更大的体积和更高的制造成本。

作为额外的问题，为了降低特征尺寸(光栅间距)，发现由于光瞳像差对失真的灵敏度增大。因此，失真效应将对于进一步器件尺寸节点变得越来越重要。

在物镜之下引入SIL导致相当大量的额外光瞳像差，这原则上并未对于成品物镜或其他光学元件校正。这些额外像差导致更强的光瞳失真，这接着导致借由CD重构或其他计算方法从其所确定的一个或多个参数的更低精度。尽管可以设计定制物镜以(部分地)补偿由SIL引入的光瞳像差，这再次添加了设计挑战和成本。同样定制的物镜-SIL组合可以对于一个或多个条件误差诸如透镜-SIL散焦甚至更敏感。

在条件误差下的光瞳失真的校正—介绍

根据本公开，能够构造一种用于校正散射测量光瞳的失真的方法。已经发现：

1.可以使用存在于聚焦控制系统中的聚焦误差信号在光瞳图像采集期间测量散焦的量。对于其他定位误差或条件误差类似地，伺服误差信号可以是可应用的，或者可以直接地测量条件误差。

2.对于不具有一个或多个条件误差的光学系统，可以使用光学设计程序对于某些散焦确定光瞳像差。这可以是耗时的计算。当散焦(条件误差)已知时，可以根据这些光瞳像差计算光瞳失真。

3.失真的量在合理变化范围内与散焦的量成线性比例。预期对于其他条件误差存在良好限定的关系，即使发现它们并未线性正比于充分的精确度。

4.在光瞳图像传感器19处失真的光瞳是由表示失真的向量场所倍乘的理想(未失真)光瞳。图6表示该向量场的示例，如以下所述。

5.测得的光瞳是在采集时间期间在CCD上辐射的积分。因为在该采集时间散焦变化，因此该光瞳是以不同量失真的光瞳的平均。

根据这些观察，可以设想用于校正散焦或其他失真的方案。现在将描述其原理，接着是实施方式示例。

假定数据采集(光瞳图像捕获)花费(例如)2或10或50ms。在时刻t_i处以时间间隔t_i+1-t_i＝10μs而使用合适的伺服误差信号测量散焦ΔZ_i＝ΔZ(t_i)。因为伺服误差信号包含噪声，因此允许误差e_i＝e(t_i)等于在测得散焦ΔZ_i与真实散焦之间的差值d_i＝d(t_i)。因此ΔZ_i＝d_i+e_i。

在光学设计程序中，可以对例如1nm小量散焦一次计算光瞳像差。这些可以视作由单位聚焦误差引起的单位失真。这可以表示为如图6中所示的单位失真向量场。该向量图示出了在其中辐射已经终止而不具有像差与其中其终结在光瞳图像传感器19上的点之间的箭头，由于单位条件误差引起的像差。在该图中自然夸张了箭头的长度，并且不是真实尺寸。然而，其中在辐射分布中存在大梯度时，甚至场的小失真可以导致对于计算得到特性的显著效应。根据单位失真向量场的那些光瞳像差，可以计算出真实的光瞳对于聚焦误差的任意值如何失真。

因为真实光学系统可能稍微不同于在光学设计程序中构造的额定系统，因此该向量场V₀不同于真实的失真向量场D₀加上场E₀，以使得V₀＝D₀+E₀。E₀在当前上下文中涉及模型误差。

可以对于任何给定的测得散焦ΔZ_i计算失真V(ΔZ_i)，因为其与单位(例如1nm)散焦的失真D₀成线性比例，并且因此V(ΔZ_i)＝Δz_i*V0(ΔZ_i以nm为单位)。采用以上介绍的定义，这得到V(ΔZ_i)＝(d_i+e_i)*(D₀+E₀)或V(ΔZ_i)＝d_iD₀+d_iE₀+e_iD₀+e_iE₀。这些贡献之中，真实失真是d_iD₀，其他项是作为测量和仿真缺陷的结果的误差。在这些等式中大写符号是向量场且小写符号是标量，乘号*定义为元素智能标量乘积以使得向量场中每个向量以标量因子改变其长度。

如果P表示如由麦克斯韦求解程序所计算的理想(未失真)光瞳在整个采集时间范围内的辐射分布，则在某一时间间隔下的失真的辐射分布I_i由I_i＝V(ΔZ_i)×P/N给出，其中N是时间样本的数目。在此乘号×应该理解为向量场对标量场的动作(并未改变标量场的基础)。

如果在总采集时间期间存在N个时间间隔t_i+1-t_i，则积分(失真)光瞳I_dist可以表示为所有N个间隔的I_i的总和，也即：

写出V(ΔZ_i)的定义，这可以写作：

其中上划线指示进行了时间平均。

因此，为了由散射测量法进行测量，可以将计算得到的强度P而非失真校正强度I_dist与测得强度I_meas比较。通过如此，严格地说，完成了过校正(overcorrection)，这是因为由于测量和仿真缺陷所致的最后三项被相加。然而，对于数毫秒的相对较短测量时间，

(e上划线)可以实际上远小于

(d上划线)。例如，伺服误差的信噪比可以为数百的量级。此外，e上划线可能由在测量时间期间平均为零的相对高频的电和光噪声(例如在1-100kHz范围中)支配，而d上划线在测量时间期间由太缓慢而无法平均至零的相对低频运动(例如在20-200Hz范围)支配。因此等式(1)中最后两项可以忽略。

关于等式(1)中第二项，已经在SIL基散射测量的情形中执行了仿真。借助于光学设计程序，计算光瞳像差，并由此确定对于额定系统散焦有贡献的CD测量变化，并且与由于散焦与已改变光学参数(透镜的配置等)组合导致的CD变化比较。可以发现，对于在设计容差内的位移而言，由于失真引起的CD变化由散焦自身支配，并且并非由模型误差支配。

注意，在以上示例中计算得的光瞳P是失真的。其可以更方便的(如在本文的剩余部分中所假设)替代地校正测得光瞳图像(强度分布I_meas))。为此，可以反转向量场(翻转所有向量头部至尾部)。当该反转的向量场与测得光瞳倍乘时，根据模型取消/校正测得光瞳的失真。

实现方式示例

图7是应用上述原理以获得经校正的光瞳图像的方法的流程图。该方法包括执行作为在实时测量之前的预处理的步骤S10a，以及对于每个测量执行的步骤S10b。该方法例如由图3或图4的散射仪的处理器PU执行，并且使用从位置控制器704(图3)或706(图4)获得的聚焦误差信号702。以下列出方法的步骤：

S11.(预处理)根据针对固定散焦(或其他单位条件误差)的额定光学设计来计算光瞳像差。

S12.(预处理)根据光瞳像差来计算单位失真图(单位失真向量场)。这对应于单位校正，该单位校正可以被应用以校正对于单位条件误差有贡献的像差的效应。

S13.(每次测量)采集散射光瞳图像。

S14.(每次测量)与步骤S13同时地，使用来自合适的伺服控制器的控制信号或者通过直接测量，来记录时间解析的聚焦误差信号(或者其他条件误差信号)。

S15.(每次测量)获得聚焦误差信号的时间平均。

S16.(每次测量)通过将平均聚焦误差(以步骤S11中使用的散焦的单位表示)乘以来自步骤S12的单位失真图，来构造测量专用的失真图。

S17.(每次测量)通过来自步骤S16的测量专用失真图，针对失真校正测得散射光瞳(S13)。

S18.在重构或其他计算中使用已校正光瞳，用于确定目标结构的CD或其他感兴趣特性。

注意，可以在备选实施方式中组合步骤S13和S14，其中例如可以捕获散焦误差信号并在捕获的过程期间对其积分。

如上所述，如果步骤S18涉及将所捕获的光瞳图像与计算所得光瞳图像比较，可以修改在步骤S17处的校正并替代于应用于所捕获图像而替代地应用于计算所得图像。类似地，可以通过缩放单位失真图并随后转换为测量专用校正、或者通过转换为单位校正并缩放至测量专用校正而获得测量专用校正。尽管简单线性缩放在所述示例中保持在聚焦误差的相关范围内，当然本公开包括在特定像差和校正性能的特定所希望程度的情形中合适的无论什么非线性缩放行为。这些和其他备选例是可能的，并未脱离本公开的原理或者权利要求的范围。

以上示例是基于聚焦误差信号的。这在基于SIL的系统中可以是物镜相对于SIL的聚焦(Z位置)。如已经所述，光学系统的条件的其他参数可以影响失真，并且可以在测量之间变化。例如，SIL的X-Y位置(离心)和/或SIL相对于光轴的尖端/倾斜(Rx/Ry旋转)是影响了光学系统的性能的其他类型的定位误差。引入像差的其他类型条件误差包括在一个或多个光学部件或者它们安装件中的热变化(热条件误差)，在光学系统中和周围的气体条件(例如压力、湿度、污染)的误差(气体条件误差)，和/或机械条件误差诸如应变(由热应力或其他效应引起)。可以存在用于这些热和/或气体条件的类似伺服的控制器，其也包括可以用于测量条件误差的误差信号。备选地，可以为光学系统的一个或多个元件提供温度传感器、应变计或其他传感器，以获得特定于本公开的校正方法的条件误差信号。

辐射反射偏离目标的深度(相位-深度)对于辐射射线的所有入射角度并非均匀。这导致基于光瞳位置的聚焦偏离，其对于每个目标类型变化但是对于相同类型的不同目标(几乎)恒定。可以在步骤S12中失真图的计算中考虑该时间恒定的角度相关偏离，而不是要求分立的步骤。

所公开的技术不限于基于SIL的量测，或定位误差。所公开的技术不限于校正光瞳图像中的位置失真。其中包括光瞳图像传感器19的光学系统是相位敏感的，步骤S16中计算得到的光瞳像差可以用于校正相位横向。可以捕获相位信息并用在所谓的“无透镜成像”系统中，仅作为一个示例。所公开的技术不限于校正光瞳图像。捕获平面可以是光学系统的任何平面。

重构的平均真实失真

(d上划线)可以用于故障检测。例如，重构参数d上划线中的缓慢漂移可以被处理作为机械和/或传感器光学元件中磨损的指示。该方法可以用稍微改变的方式用于监视聚焦误差信号(和/或任何其他条件误差信号)的漂移，如以下所解释。

上述任何和所有不同校正可以在真实的实施方式中组合。例如，可以在步骤S14中测量在维度Z、X、Y、Rx、Ry和/或Rz的任意或全部中的定位误差，并且每个可以用于产生将要应用于所捕获光瞳图像(或计算得到光瞳图像)的失真图或其他校正图。例如，其中从光瞳图像推导一些参数并与计算所得参数比较，可以在所推导参数中限定并执行校正，而不是在原始的光瞳图像中。校正无需以像素阵列的形式限定，但是如果合适的话可以参数化。

应用示例

图8说明了量测设备的应用，其照射系统包括在此所公开类型的束均化器，在图1和图2中所示类型的光刻制造系统的控制中。在此将列出步骤，并且随后更详细解释：

S21：处理衬底以在衬底上形成结构

S22：跨衬底测量CD和/或其他参数

S23：更新量测方案

S24：更新光刻和/或工艺方案

之前，可以执行图7的校正方法的步骤S10a，以计算对于单位条件误差合适的单位失真图或单位校正。(备选地，可以稍后计算单位失真图或单位校正，当离线处理测量值时。)自然可以对光学系统执行在此并未描述的其他校正步骤。

在步骤S21处，使用光刻制造系统跨衬底形成结构。在S22处，使用量测设备240以及可选的其他量测设备和信息源以测量跨衬底的结构的特性。根据经由散射仪获得的光瞳图像，计算特性的这些测量值。感兴趣的特性可以例如是CD(临界尺寸)、OVL(套刻)和/或EPE(边缘布置误差)。在步骤S22处测量值的计算中使用由图7的方法所获得的校正。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方案和/或校准。

在步骤S24处，将CD或其他感兴趣参数的测量值与所希望值比较，并用于更新光刻设备和/或光刻制造系统内其他设备的一个或多个设置。通过为量测设备提供对于动态条件误差的校正，可以获得更精确的测量值。当在进一步测量以及光刻设备的进一步控制中应用测量的结果时，这继而可以导致更好的性能。备选地或额外地，可以使用更廉价的光学系统以执行具有相同精确度的测量。

聚焦误差信号监视

以上讨论假设完美校准的聚焦误差信号，从而在测得聚焦误差(或其他条件误差)与真实散焦之间没有失配。可以通过使用被证实的技术进行该校准，但是涉及相对耗时的对准工序。当操作量测工具时，漂移可以引起非零失配的出现，这对于工具的适当运行是不希望的。该失配将在以上等式的e上划线中引入静态贡献，该静态贡献无法平均至零(甚至对于无限采集时间)。

对于至少数个十分之一秒的相对长测量时间而言，由于20-200Hz的典型运动频率以及机电学的典型线性动力学所致，d上划线被平均至设定点值(平均控制误差变为零)，而e上划线平均为测得聚焦误差与真实散焦之间的失配。在该情形中，可以忽略等式(1)的头两项。采用这点，可以通过对(已知)基准目标结构测量而估算e上划线。可以在检查设备，例如散射仪内提供各种基准目标。当例如加载和卸载衬底时可以测量这些，从而一些校准对于每个衬底是可能的。可以添加光栅目标至基准(fiducial)设置，被设计为支持聚焦校准和/或其他校准，其中已有目标中的一个目标是不合适的。

假设聚焦误差信号(FES)曲线根据散焦定义聚焦误差信号。概念在于测量良好限定基准上的真实FES，并将其与预期的(已计算/校准)FES比较。通过对于散焦使用多个设定点值，可能识别曲线在宽广范围内的失配，而不是工作点(散焦值)。因此可以如在以下步骤中所述而实施校准方法：

S31.基于候选聚焦误差的集合计算失真图，并计算针对每个候选聚焦误差的经校正光瞳图像。

S32.将针对不同聚焦误差的测得光瞳与针对基准的已知光学特性计算所得光瞳比较，并找到最小化差异的候选聚焦误差。

S33.在所找到的聚焦误差信号(在零散焦下应该是零)超过预设阈值的情形中，可以给出信号以使用耗时的被证实的技术重新对准聚焦。备选地，可以延迟重新对准，直至方便的稍后时刻，此时对于测得失配校正聚焦误差信号，这可以视作在线校准。已校正聚焦误差随后用于图7的步骤S14-S16中。尽管已经参考聚焦误差描述了监视的原理，但是应该理解，任何条件误差信号可以从其额定响应曲线漂移，并且以上技术可以用于监视该信号的精确度并在合适的时刻触发校准。

结论

在此所公开的校正和校准方法允许由散射测量法进行测量对于动态变化的、可以将像差引入检查设备诸如散射仪的光学系统中的条件误差不太敏感的特性。作为副产品，可以获得关于条件设置的漂移的诊断信息。这可以用于校准并校正在散射测量光瞳图像的校正中使用的条件误差信号。

如上已经所述，许多变形例和修改例是可能的而并未脱离本公开的原理。在此所述的实施例并未将应用限定于任何特定类型的检查设备，或者甚至限定于通常的检查设备。

在以下编号条款的列表中公开了进一步的实施例：

1.一种确定结构的特性的方法，该方法包括：

使得光学系统收集通过与结构交互而修改的辐射；

使得在光学系统的捕获平面中观测所收集辐射的分布，其中与光学系统相关联的条件误差在观测之间可变；以及

基于辐射的至少一个观测分布来计算结构的特性，计算包括校正因特定于观测的条件误差所致的所述分布的偏离。

2.根据条款1的方法，其中校正是基于相对于单位条件误差所限定、根据特定于观测的条件误差所缩放的单位校正。

3.根据条款2的方法，其中基于光学系统的仿真从计算推导出单位校正。

4.根据条款2或条款3的方法，其中校正与条件误差成线性比例地缩放。

5.根据之前任意条款的方法，其中，光学系统的条件误差在观测的时间段内变化，以及其中在计算中使用在多个子周期处记录的多个条件误差值。

6.根据条款5的方法，其中组合多个条件误差值以形成用于限定校正的一个条件误差。

7.根据之前任意条款的方法，其中偏离包括在光学系统的捕获平面中辐射的分布的面内失真，以及校正包括对于面内失真的校正。

8.根据条款7的方法，其中对于面内失真的校正预期作为在光学系统的捕获平面之上延伸的向量场。

9.根据之前任意条款的方法，其中偏离包括在捕获平面之上相位的偏离，以及校正包括相位的偏离的校正。

10.根据之前任意条款的方法，其中捕获平面是光学系统的后焦平面，辐射的分布包括散射光谱。

11.根据之前任意条款的方法，其中特性的计算是基于在观测所得分布与仿真所得分布之间的比较。

12.根据条款11的方法，其中在与观测所得分布比较之前对仿真所得分布应用校正。

13.根据条款1至11中任一项的方法，其中应用校正至观测所得分布作为计算中的预备步骤。

14.根据之前任意条款的方法，其中光学系统包括可操作用于在与目标结构小于辐射波长的距离内固定光学元件的安装件。

15.根据条款14的方法，其中光学元件是在物镜的焦点处可操作的固体沉浸透镜，以增大光学系统的有效值孔径NA在1之上。

16.根据条款15的方法，其中条件误差对应于在相对于物镜的焦点定位光学元件的误差。

17.根据之前任意条款的方法，其中条件误差是聚焦误差。

18.根据之前任意条款的方法，其中条件误差包括面内定位误差。

19.根据之前任意条款的方法，其中条件误差包括倾斜误差。

20.根据之前任意条款的方法，其中条件误差是光学系统的部件的热条件误差、或气体条件误差、或机械条件误差。

21.根据之前任意条款的方法，其中光学系统的条件由伺服控制而控制，条件误差是伺服控制的副产品。

22.根据之前任意条款的方法，其中结构是形成在半导体衬底上的显微结构。

23.一种被配置用于确定结构的特性的设备，设备包括被设置用于基于在光学系统的捕获平面中辐射的分布的至少一个观测值而计算结构的特性的处理器，光学系统具有通过与结构交互而已经修改的所收集辐射，其中与光学系统相关联的条件误差在观测值之间可变，以及其中处理器被配置为对于由于特定于观测的条件误差所引起分布的偏离应用校正。

24.根据条款23的设备，其中校正是基于相对于单位条件误差所限定、根据特定于观测的条件误差所缩放的单位校正。

25.根据条款24的设备，其中基于光学系统的仿真从计算推导出单位校正。

26.根据条款24或25的设备，其中正比于条件误差而线性地缩放校正。

27.根据条款23至26中任一项的设备，其中光学系统的条件误差在观测时间段内变化，以及其中在计算中使用在多个子周期处记录的多个条件误差值。

28.根据条款27的设备，其中组合多个条件误差值以形成用于限定校正的一个条件误差。

29.根据条款23至28中任一项的设备，其中偏离包括在光学系统的捕获平面中辐射的分布的面内失真，以及校正包括对于面内失真的校正。

30.根据条款29的设备，其中对于面内失真的校正表达作为延伸在光学系统的捕获平面之上的向量场。

31.根据条款23至30中任一项的设备，其中偏离包括在捕获平面之上相位的偏离，以及校正包括相位的偏离的校正。

32.根据条款23至31中任一项的设备，其中捕获平面是光学系统的后焦平面，辐射的分布包括散射光谱。

33.根据条款23至32中任一项的设备，其中特性的计算是基于观测所得分布与仿真所得分布之间的比较。

34.根据条款33的设备，其中配置处理器以在与观测所得分布比较之前对仿真所得分布应用校正。

35.根据条款23至33中任一项的设备，其中设置处理器以对观测所得分布应用校正作为计算的预备步骤。

36.根据条款23至35中任一项的设备，其中条件误差涉及在相对于光学系统中物镜的焦点而定位光学元件的误差。

37.根据条款23至36中任一项的设备，其中条件误差是聚焦误差。38.根据条款23至37中任一项的设备，其中条件误差包括面内定位误差。

39.根据条款23至38中任一项的设备，其中条件误差包括倾斜误差。40.根据条款23至39中任一项的设备，其中条件误差是在光学系统的热条件或气体条件或机械条件中的误差。

41.根据条款23至40中任一项的设备，其中光学系统的条件由伺服控制而控制，条件误差是伺服控制的副产品。

42.一种计算机程序产品，包括用于使得可编程处理器实施条款23至41的任一项的设备中的处理器的机器可读指令。

43.一种计算机程序产品，包括用于使得处理系统执行条款1至22任一项的方法的机器可读指令。

44.一种用于确定结构的特性的检查设备，该设备包括：

光学系统，被配置为收集通过与结构交互修改的辐射，其中与光学系统相关的条件误差在观测之间可变；以及

图像传感器，被配置为观测在光学系统的捕获平面中所收集辐射的分布，输出所观测的分布以用于计算结构的特性，

其中检查设备被配置为输出特定于观测的条件误差的信息以用于计算对于由条件误差所引起的所观测分布的偏离的校正。

45.根据条款44的检查设备，其中光学系统的条件误差在观测的时间段内变化，以及其中输出在多个子周期处记录的多个条件误差值用于计算。

46.根据条款44或45的检查设备，其中捕获平面是光学系统的后焦平面，辐射的分布包括散射光谱。

47.根据条款44至46中任一项的检查设备，其中光学系统包括可操作用于将光学元件固定在从目标结构的小于辐射波长的距离内的安装件。

48.根据条款47的检查设备，其中光学元件是在物镜的焦点处可操作的固体沉浸透镜，以增大光学系统的有效值孔径NA在1之上。

49.根据条款48的检查设备，其中条件误差涉及相对于物镜的焦点定位光学元件的误差。

50.根据条款44至49中任一项的检查设备，其中条件误差是聚焦误差。

51.根据条款44至50中任一项的检查设备，其中条件误差包括平面内定位误差。

52.根据条款44至51中任一项的检查设备，其中条件误差包括倾斜误差。

53.根据条款44至52中任一项的检查设备，其中条件误差是光学系统的部件的热条件、或气体条件、或机械条件中的误差。

54.根据条款44至53中任一项的检查设备，其中光学系统的条件由伺服控制所控制，条件误差是伺服控制的副产品。

55.根据条款44至54中任一项的检查设备，适用于检查形成在半导体衬底上的显微结构。

56.一种制造器件的方法，包括光刻工艺步骤，其中在执行光刻工艺步骤之前或之后，通过权利要求1至22中任一项的方法获得衬底上结构的测量值，以及其中使用所获得的测量值以调节用于处理衬底和/或其他衬底的光刻工艺步骤的参数。

尽管可以在该文本中具体参照在IC的制造中使用检查设备，应该理解在此所述的检查设备可以具有其他应用，诸如集成光学系统、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(LCDs)、薄膜磁头等的制造。本领域技术人员将知晓，在该备选应用的上下文中，在此术语“晶片”或“管芯”的任何使用可以分别视作与更常用术语“衬底”或“目标部分”含义相同。

在此使用的术语“光”、“辐射”和“束”包括所有类型电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有为或大约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在1-100nm范围中波长)，以及粒子束诸如离子束或电子束。这些辐射可以用于施加图案至衬底以限定目标结构。这些不同的辐射也可以用作散射仪或其他检查设备中的照射。

其中上下文允许的，术语“透镜”可以涉及各种类型光学部件的任意一个或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学部件。

尽管以上已经描述了具体实施例，应该知晓，本发明可以与所述不同而实施。进一步，设备的部件可以以包含描述了以上所述方法的机器可读指令的一个或多个序列的计算机程、或者具有该计算机程序存储在其中的数据存储媒介(例如半导体存储器、磁盘或光盘)的形式而实施。

以上说明书意在示意性而非限制性。因此，对于本领域技术人员明显的是，可以对所述本发明进行修改而并未脱离以下所阐述的权利要求的精神和范围。

Claims (15)

1.一种确定结构的特性的方法，所述方法包括：

使得光学系统收集通过与所述结构交互而修改的辐射；

使得在所述光学系统的捕获平面中观测所收集的辐射的分布，其中与所述光学系统相关联的条件误差在观测之间可变；以及

基于辐射的至少一个观测分布，计算所述结构的所述特性，所述计算包括对于所述分布的、因特定于所述观测的所述条件误差所致的失真的校正，并且

其中所述校正是基于单位校正的，所述单位校正相对于单位条件误差而被限定。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述校正根据特定于所述观测的所述条件误差而被缩放。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，基于所述光学系统的仿真，根据计算推导得到所述单位校正。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述校正与所述条件误差成比例地线性缩放。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光学系统的所述条件误差在所述观测的时间段内变化，以及其中在所述计算中使用在多个子周期处记录的多个条件误差值。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述失真包括所述辐射在所述光学系统的所述捕获平面中的所述分布的面内失真，以及所述校正包括对于所述面内失真的校正。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述失真包括在所述捕获平面之上的相位的失真，以及所述校正包括所述相位的失真的校正。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述捕获平面是所述光学系统的后焦平面，所述辐射的分布包括散射光谱。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述特性的所述计算是基于在所述观测分布与仿真分布之间的比较。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光学系统包括可操作用于将光学元件保持在距目标结构小于所述辐射的波长的距离内的安装件。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述光学元件是固体沉浸透镜，所述固体沉浸透镜在物镜的焦点处可操作为增大所述光学系统的有效值孔径NA在1之上。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述条件误差涉及将所述光学元件相对于所述物镜的所述焦点定位中的误差。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述条件误差是聚焦误差。

14.一种用于确定结构的特性的设备，所述设备包括：处理器，所述处理器被设置为基于辐射在光学系统的捕获平面中的分布的至少一个观测而计算所述结构的所述特性，所述光学系统具有所收集的、通过与所述结构交互而已被修改的辐射，

其中与所述光学系统相关联的条件误差在观测之间可变，

其中所述处理器被配置为对于所述分布的因特定于所述观测的所述条件误差所致的失真而应用校正，以及

其中所述校正是基于单位校正的，所述单位校正相对于单位条件误差而被限定。

15.一种计算机存储介质，包括用于使处理系统执行根据权利要求1所述方法的机器可读指令。

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