CN111226172B - 散射仪以及使用声学辐射的散射测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种声学散射仪(502)具有声学源(520)，其可操作以将声学辐射(526)投影到形成在衬底(536)上的周期性结构(538)和(540)上。声学检测器(518)可操作以检测由周期性结构(538)和(540)衍射的负第一声学衍射阶(528)，同时区别于镜面反射(第0阶532)。另一声学检测器(522)可操作以检测由周期性结构衍射的正第一声学衍射阶(530)，同时再次区别于镜面反射(第0阶532)。声学源和声学检测器可以是压电换能器。相对于周期性结构(538)和(540)布置投影声学辐射(526)的入射角和检测器(518)和(522)的位置，使得对负第一声学衍射阶(528)和正第一声学衍射阶(530)的检测区别于第0阶镜面反射(532)。

Description

散射仪以及使用声学辐射的散射测量方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年10月17日提交的欧洲申请17196893.6的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种散射仪以及例如可用于通过光刻技术制造设备的散射测量方法。
背景技术
光刻装置是将期望图案施加到衬底上的机器。光刻装置可以用于例如制造集成电路(IC)。光刻装置可以例如将图案化设备(例如，掩模)处的图案(通常也称为“设计布局”或“设计”)投影到设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
为了将图案投影在衬底上，光刻装置可以使用电磁辐射。该辐射的波长确定可以在衬底上形成的特征的最小尺寸。当前使用的典型波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。与使用例如波长为193nm的辐射的光刻装置相比，使用波长在4nm至20nm的范围内(例如，6.7nm或13.5nm)的极紫外(EUV)辐射的光刻装置可以用于在衬底上形成更小的特征。
低k1光刻可以用于处理尺寸小于光刻装置的经典分辨率极限的特征。在这种过程中，分辨率公式可以表示为CD＝k1×λ/NA，其中λ是采用的辐射的波长，NA是光刻装置中投影光学元件的数值孔径，CD是“临界尺寸”(通常为印刷的最小特征尺寸，但在这种情况下为半节距)，而k1是经验分辨率因素。一般而言，k1越小，在衬底上再现与电路设计者所计划的形状和尺寸类似的图案以便实现特定电气功能和性能就越困难。为了克服这些难题，复杂的微调步骤可以应用于光刻投影装置和/或设计布局。这些包括例如但不限于NA的优化、定制的辐射方案、相移图案化设备的使用、诸如设计布局中的光学邻近效应校正(OPC，有时也称为“光学和过程校正”)之类的设计布局的各种优化、或通常定义为“分辨率增强技术”(RET)的其他方法。可替代地，用于控制光刻装置的稳定性的紧密控制环路可以用于改善图案在低k1下的再现。
在光刻过程中，需要经常对所形成的结构进行测量，例如，用于过程控制和验证。进行这种测量的各种工具是已知的，这些工具包括通常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜，以及用于测量套刻、设备中两层的对齐精度的专用工具。近年来，已经开发出各种形式的光学散射仪以用于光刻领域。这些设备将电磁辐射束引导到目标上，并且测量散射电磁辐射的一个或多个特性(例如，作为波长的函数的单个反射角的强度，作为反射角的函数的一个或多个波长的强度，或作为反射角的函数的偏振角)以获得衍射“光谱”，从中可以确定目标的感兴趣特性。
光学散射仪的性能受到限制。例如，为了控制诸如3D XPoint非易失性存储器和3DNAND之类的半导体设备的制造，很难或不可能通过不透明掩模层来测量套刻，该不透明掩模层将套刻的上部图案与下部图案分开。不透明层可以是厚度为几十nm的金属层和厚度为几微米的碳硬掩模。使用光学散射仪的计量具有挑战性，因为所使用的掩模几乎不能透射电磁辐射，其中最极端的情况是金属掩模，其中电磁辐射被吸收并且根本没有穿过金属掩模。
发明内容
期望具有光学散射测量的备选方案，例如，以当由于衬底上存在光学不透明或衰减材料而导致光学散射测量不可行时，确定诸如套刻误差之类的衬底特性。
根据本发明的第一方面，提供一种散射仪，其包括：
-声学源，可操作以将声学辐射投影到形成在衬底上的周期性结构上；以及
-声学检测器，可操作以检测由周期性结构衍射的声学衍射阶，同时区别于镜面反射，
其中散射仪可操作以基于检测的声学衍射阶来确定衬底的特性。
根据本发明的第二方面，提供了一种散射测量方法，包括：
-将声学辐射投影到形成在衬底上的周期性结构上；
-检测由周期性结构衍射的声学衍射阶，同时区别于镜面反射；以及
-基于检测的声学衍射阶来确定衬底的特性。
附图说明
现在，仅通过示例，参考所附的示意图对本发明的实施例进行描述，其中
-图1描绘了光刻装置的示意图；
-图2描绘了光刻单元的示意图；
-图3描绘了代表优化半导体制造的三种关键技术之间的配合的整体光刻的示意图；
-图4以示意形式描绘了可以用于本发明的实施例的声学换能器的不同配置；
-图5以示意形式描绘了根据本发明的实施例的散射仪；
-图6和图7分别描绘了对称结构和非对称结构的模拟压力分布；
-图8以示意形式描绘了解释传统基于光学衍射的套刻的信号形成的简化模型；
-图9是传统光学摆动曲线的曲线图；
-图10以示意形式描绘了解释基于声学衍射的套刻的信号形成的简化模型；
-图11是声学摆动曲线的曲线图；
-图12以示意形式描绘了根据本发明的实施例的具有包括中央声学源在内的三个声学换能器的声学散射仪；
-图13以示意形式描绘了根据本发明的实施例的使用换能器的相控阵实现的声学散射仪；
-图14a和图14b以示意形式描绘了根据本发明的实施例的具有包括中央声学检测器在内的三个声学换能器的声学散射仪；
-图15a和图15b以示意形式描绘了根据本发明的实施例的具有用作收发器的两个换能器的声学散射仪；
-图16a和图16b以示意形式描绘了根据本发明的实施例的具有用作收发器的一个换能器的声学散射仪；
-图17描绘了根据本发明的实施例的方法；以及
-图18描绘了根据本发明的实施例的方法，该方法包括在不同的时间和以第一入射角和第二入射角投影声学辐射。
具体实施方式
图1示意性地描绘了光刻装置LA。该光刻装置LA包括照射系统(还称为照射器)IL，其被配置为调节电磁辐射束B(例如，UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；支撑结构(例如，掩模台)T，其被构造为支撑图案化设备(例如，掩模)MA并且连接到第一定位器PM，该第一定位器PM被配置为根据某些参数精确定位图案化设备MA；衬底台(例如，晶片台)WT，其被构造为保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W并且连接到第二定位器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，其被配置为将通过图案化设备MA赋予到辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个管芯)上。
在操作中，辐射器IL例如经由光束传递系统BD从辐射源SO接收辐射束。辐射系统IL可以包括各种类型的光学部件，诸如折射部件、反射部件、磁性部件、电磁部件、静电部件、或其他类型的光学部件、或其任何组合，用于引导、整形或控制辐射。照射器IL可以用于调节辐射束B以使其在图案化设备MA的平面处的横截面中具有期望空间强度分布和角强度分布。
本文中所使用的术语“投影系统”PS应当广义地解释为涵盖任何类型的投影系统，其视正在使用的曝光辐射或其他因素(诸如使用浸没液体或使用真空)的情况而定包括折射光学系统、反射光学系统、反射折射光学系统、像变(anamorphic)光学系统、磁性光学系统、电磁光学系统和静电光学系统、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”PS同义。
光刻装置还可以是以下类型的光刻装置，其中衬底的至少一部分可以由具有相对较高的折射率的液体(例如，水)覆盖，以填充投影系统和衬底之间的空间，其还称为浸没式光刻。通过引用并入本文的美国专利号6,952,253和PCT公开号WO99-49504中给出了关于浸没技术的更多信息。
光刻装置LA还可以是具有两个(双台)或更多个衬底台WT和例如两个或更多个支撑结构T(未示出)的类型的光刻装置。在这种“多台”机器中，可以并行使用附加衬底台/结构，或者在一个或多个其他台用于将图案化设备MA的设计布局曝光到衬底W上的同时，可以在一个或多个台上执行准备步骤。
在操作中，辐射束B入射在图案化设备(例如，掩模MA)上，该图案化设备保持在支撑结构(例如，掩模台T)上，并且通过图案化设备MA而被图案化。遍历掩模MA之后，辐射束B穿过投影系统PS，该投影系统PS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，干涉仪设备、线性编码器、2D编码器或电容传感器)，可以精确移动衬底台WT，例如，以便将不同的目标部分C定位在辐射束B的路径中。同样，第一定位器PM和(可能的)另一位置传感器(其在图1中未明确描绘)可以用于相对于辐射束B的路径精确定位掩模MA。掩模MA和衬底W可以使用掩模对齐标记M1，M2和衬底对齐标记P1，P2来对齐。尽管如所图示的衬底对齐标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分(这些称为划线对齐标记)之间的空间中。
如图2所示，光刻装置LA可以形成光刻系统LC的一部分，该光刻系统LC有时称为光刻单元或(光刻)簇。该光刻单元LC还可以包括对衬底W执行曝光前过程和曝光后过程的装置。传统上讲，这些装置包括沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、使曝光的抗蚀剂显影的显影剂DE、激冷板CH和/或烘烤板BK，例如，用于调节衬底W的温度(例如，用于调节抗蚀剂层中的溶剂)。衬底处理器或机械手RO从输入/输出端口I/O1，I/O2拾取一个或多个衬底W，在不同的过程装置之间移动它们，然后将衬底W传送到光刻装置LA的进料台LB。光刻单元中的设备(经常被统称为轨道)通常处于轨道控制单元TCU的控制下，该轨道控制单元TCU本身由管理控制系统SCS控制，该管理控制系统还例如经由光刻控制单元LACU控制光刻装置LA。
为了正确且一致地曝光由光刻装置LA曝光的衬底W，期望检查衬底以测量图案化结构的特性，诸如后续层之间的套刻误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。为此，一个或多个检查工具MT可以包括在光刻单元LC中。如果检测到误差，尤其是如果在仍然要对相同批次或批的其他衬底W进行曝光或处理之前，还进行了检查，则例如可以对后续衬底的曝光或要对衬底W执行的其他处理步骤进行调整。
检查装置(其还可以称为计量装置)用于确定衬底W的特性，具体地，确定不同衬底W的特性如何变化或与同一衬底的不同层相关联的特性W如何逐层变化。可替代地，检查装置可以被构造为标识衬底W上的缺陷，并且可以例如是光刻单元LC的一部分，或可以集成到光刻装置LA中，或甚至可以是独立设备。检查装置可以测量潜像(曝光之后的抗蚀剂层中的图像)、半潜像(曝光后烘烤步骤PEB之后的抗蚀剂层中的图像)、或显影的抗蚀剂图像(其中已经移除了抗蚀剂的曝光部分或未曝光部分)、或甚至蚀刻图像(图案传递步骤(诸如蚀刻)之后)上的特性。
通常，光刻装置LA中的图案化过程是需要对衬底W上的结构进行高精度的尺寸确定和放置的处理中最关键步骤中的一个步骤。为了确保这种高精度，如图3所示意性地描绘的，三个系统可以组合成所谓的“整体”控制环境。这些系统中的一个系统是光刻装置LA，其(虚拟地)连接到计量工具MT(第二系统)和计算机系统CL(第三系统)。这种“整体”环境的关键是优化这三个系统之间的配合以增强整个过程窗口并且提供紧密控制环路，以确保由光刻装置LA执行的图案化保持在过程窗口内。过程窗口定义了过程参数(例如，剂量、焦距和套刻)范围，在该过程参数范围内，特定制造过程产生定义结果(例如，功能半导体设备)，即，通常，在该过程参数范围内，允许光刻过程或图案化过程中的过程参数变化。
计算机系统CL可以使用要图案化的设计布局(的一部分)来预测要使用哪些分辨率增强技术，并且执行计算光刻模拟和计算以确定哪些掩模布局和光刻装置设置实现图案化过程的最大的总体过程窗口(在图3中，由第一标尺SC1中的双箭头描绘)。通常，分辨率增强技术被布置为匹配光刻装置LA的图案化可能性。计算机系统CL还可以用于检测光刻装置LA当前正在(例如，使用来自计量工具MT的输入)操作的过程窗口内的哪个位置，以预测缺陷是否可能由于例如次优处理而存在(在图3中，由第二标尺SC2中指向“0”的箭头描绘)。
计量工具MT可以向计算机系统CL提供输入以使得能够进行精确模拟和预测，并且可以向光刻装置LA提供反馈以标识例如校准状态下的光刻装置LA的可能漂移(在图3中，由第三标尺SC3描绘)。
在光刻过程中，期望对所产生的结构进行频繁的测量，例如，用于进行过程控制和验证。进行这种测量的工具通常称为计量工具MT。已知用于进行这种测量的不同类型的计量工具MT，包括扫描电子显微镜或各种形式的散射仪计量工具MT。光学散射仪是多功能仪器，其允许通过在散射仪的物镜的光瞳或与该光瞳共轭的平面上放置传感器来测量光刻过程的参数(这些测量通常称为基于光瞳的测量)或通过在图像平面中或与该图像平面共轭的平面中放置传感器来测量光刻过程的参数(在这种情况下，这些测量通常称为基于图像或场的测量)。在全部内容通过引用并入本文的美国专利申请US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中对这种散射仪和相关联的测量技术进行了进一步的描述。前述散射仪可以使用来自软X射线并且近IR波长范围内的可见光来测量光栅。
散射仪MT是角分辨散射仪。在这种散射仪中，重构方法可以应用于测量的信号以重构或计算光栅的特性。例如，这种重构可以由模拟散射辐射与目标结构的数学模型的交互并且比较模拟结果与测量结果产生。对数学模型的参数进行调整，直到模拟交互产生与从实际目标观察到的衍射图案类似的衍射图案为止。
可替代地，散射仪MT是光谱散射仪MT。在这种光谱散射仪MT中，由辐射源发射的辐射被引导到目标上，并且从目标反射或散射的辐射被引导到光谱仪检测器，该光谱仪检测器测量镜面反射辐射的光谱(即，作为波长的函数的强度的测量)。根据该数据，可以例如通过严格耦合波分析和非线性回归或者通过与模拟光谱库的比较重构产生检测的光谱的目标的结构或轮廓。
可替代地，散射仪MT是椭偏散射仪。该椭偏散射仪允许通过测量每个偏振态的散射辐射来确定光刻过程的参数。这种计量装置通过在计量装置的照射部分中使用例如适当的偏振滤光片来发射偏振光(诸如线性偏振光、圆形偏振光或椭圆形偏振光)。适用于计量装置的光源也可以提供偏振辐射。在全部内容通过引用并入本文的美国专利申请11/451,599、11/708,678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110和13/891,410中对现有椭偏散射仪的各种实施例进行了描述。
计量目标可以是复合光栅的总体(ensemble)，其通过光刻过程主要形成在抗蚀剂中，而且还可以在例如蚀刻过程之后形成。通常，光栅中结构的节距和线宽很大程度上取决于测量光学器件(特别是光学器件的NA)，以便能够捕获来自计量目标的衍射阶。可以在欠填充模式或过填充模式下测量目标。在欠填充模式下，测量光束生成小于整个目标的斑点。在过填充模式下，测量光束生成的斑点大于整个目标。在这种过填充模式下，还可能同时测量不同的目标，从而同时确定不同的处理参数。
使用特定目标的光刻参数的总体测量质量至少部分地由用于测量该光刻参数的测量配方确定。术语“衬底测量配方”可以包括测量本身的一个或多个参数、测量的一个或多个图案的一个或多个参数、或两者。例如，如果用于衬底测量配方的测量是基于衍射的光学测量，则测量的参数中的一个或多个参数可以包括辐射的波长、辐射的偏振、辐射相对于衬底的入射角、辐射相对于衬底上的图案的方位等。选择测量配方的准则中的一个准则可以是例如测量参数中的一个测量参数对处理变化的敏感性。在美国专利申请US2016-0161863和美国专利申请US 2016-0370717中描述了更多示例，其全部内容通过引用并入本文。
在本发明的实施例中，在图2的光刻单元或图3的控制环境中，声学散射仪可以用于替换光学散射仪及其功能。
在以下公开中，术语“辐射”用于涵盖所有类型的声学辐射，其包括超声学辐射。
在本发明的实施例中，交叠光栅之间的套刻被测量为衍射声学阶之间的强度不对称性。本发明的实施例可以用于实现基于衍射的声学计量，其中根据声学衍射阶之间的不对称性来确定周期性结构不对称性或套刻。
当通过声波激发放置在彼此的顶部上的两个光栅或结构时，可以通过检测散射的声压分布来执行全声套刻测量。由于声波也服从波动方程(下文第4节)，所以可以观察到类似的衍射现象。如果光栅之间存在套刻，则衍射声波还在较高阶中具有不对称分布。这可以通过单个换能器或2D(二维)换能器阵列进行检测。当今的技术允许制造数十微米范围内的2D声学探测器。
除了强度数据之外，相位数据还可以包括在测量中。在声学中，如果频率在MHz-GHz范围内，则可以检测到声波的实际相位。对于不再可能进行数字采集的GHz以上的频率，需要相位恢复。
图4以示意形式描绘了可以用于本发明的实施例的声学换能器的不同配置。弯曲压电元件402被成形为产生声学辐射焦点404。相控阵压电元件406在离散子元件的激活之间使用电子延迟以实现在焦点408处的电子聚焦和从焦点408的检测。声学透镜410具有压电元件412和成形部件414，以实现焦点416。
声学显微镜使用非常高频超声波或超高频超声波来对结构进行成像。超声波是指频率高于20kHz的声音。声学显微镜可以使用范围从5MHz到超过400MHz以及高达2GHz到5GHz的超声波操作。声学显微镜是非破坏性的。声学辐射穿透固体材料，超声波辐射的反射和传输特性用于检测固体样品内的裂缝、空隙、分层和其他缺陷。
与高频超声波相比较，低频超声波更深地穿透到材料中。半导体设备通常以多层形式制造在衬底上，因此不会深入穿透的高频超声波适合于对半导体设备中的缺陷进行成像。为了使用本发明的实施例进行测量，诸如套刻光栅之类的周期性结构可以非常靠近衬底并且在衬底的表面处。因此，根据本发明的这种实施例所使用的声学辐射可以使用不会非常深地穿透的超高频超声。
图5描绘了声学散射仪502。该散射仪具有声学源520，其可操作以将声学辐射526投影到形成在衬底536上的周期性结构538和540上。声学源由处理单元506控制，该处理单元输出控制信号512以控制声学源520的声学投影。声学检测器518可操作以检测由周期性结构538和540衍射的负一声学衍射阶528，同时区别于镜面反射(0阶532)。另一声学检测器522可操作以检测由周期性结构衍射的正一声学衍射阶530，同时再次区别于镜面反射(0阶532)。声学源和声学检测器可以是参考图4所描述的压电换能器。在附图中，声学源在“传送”时被标记为“Tx”，而检测器在“接收”时被标记为“Rx”。
相对于周期性结构538和540布置投影声学辐射526的入射角以及检测器518和522的位置，使得负一声学衍射阶528和正一声学衍射阶530的检测区别于0阶镜面反射532。在本文中所描述的示例中，周期性结构具有垂直于光栅线的周期性方向，即，在图5所描绘的横截面中从左至右。检测器的位置沿着该方向分布，即，从左到右。
耦合剂系统提供耦合剂524，以便于声学辐射经由周期性结构528和530在声学源520与声学检测器518，522之间的传输。可以使用与已知浸没技术中使用的耦合剂系统类似的耦合剂系统，如上文所提及的。合适耦合剂是蒸馏水。
散射仪502可操作以基于检测的声学衍射阶528，530来确定衬底的特性(在该示例中，套刻误差，OV)504。散射仪502可操作以基于检测的声学衍射阶528，530中的一个或多个检测的声学衍射阶的幅度、相位和方向中的至少一个来确定衬底的特性504。衬底的特性可以包括周期性结构的物理特性，诸如CD或套刻。
在该示例中，散射仪502可操作以基于由周期性结构538衍射的对应相反的检测的(负一528和正一530)声学衍射阶的不对称性来确定周期性结构538和540的结构不对称性504。声学检测器518输出强度信号I-1 514，该强度信号I-1 514是对负一声学衍射阶514的幅度的测量。声学检测器522输出强度信号I+1 516，该强度信号I+1 516是对正一声学衍射阶530的幅度的测量。在其他示例中，检测器可以被配置为检测衍射声学阶的相位或方向。
尽管可以从对应相反的声学衍射阶之间的不对称性中提取出套刻，但是套刻只是可以影响结构不对称性的参数中的一个参数。光栅的各种特征或一个或多个光栅之间的差异可能导致声学衍射阶不对称性。特征或差异可以是物理形状差异，诸如侧壁角度、地板倾斜或顶部倾斜。特征或差异可以通过与例如节距、焦点或剂量有关的过程参数的变化来引起。通过声学衍射阶的不对称性来测量这些过程参数允许控制过程以减轻过程引起的变化。一个或多个光栅可以是一维的(例如，平行线集合)或二维的(例如，斑点阵列)。
尽管在本文描述的示例中，参考图5和图12至图18，相反的声学衍射阶是一阶，但是可以使用其他阶，例如，二阶或三阶。多个阶可以组合在一起，例如，相反的衍射阶一方面可以是负一阶和负二阶，另一方面可以是正一阶和正二阶。
现在，对周期性结构进行更详细的描述。如图5中的横截面所描绘的，其具有套刻在另一光栅540上的光栅538，该光栅538与另一光栅540由层534隔开。层534对于光学辐射可以是不透明的，但是可以透射声学辐射。
输出强度信号I-1 514和I+1 516由处理单元506接收。信号由减法块510减去。后处理块508将减去的量(delta)(I-1-I+1)乘以1/K，以获得套刻误差OV 504。尽管在该示例中使用了数字处理单元，但模拟电路可以用于确定衬底的套刻和/或其他特性。
K可以使用光学计量已知的以下方法确定。
可以使用结构的模型。例如，可以使用“标称模型”，其本质上是对目标或设备结构的理论上的最佳猜测。这种理论描述可以使用麦克斯韦方程根据结构的完全重建或根据SEM测量来确定。模拟结构对特定波长或其他照射条件的响应，并且确定K。这样，可以通过计算标称叠层的套刻灵敏度(K＝dI/dOV)来确定比例常数K。本文中的‘标称叠层’代表了关于半导体过程中用于制造结构的实际层叠层的最佳可用知识。
另一选项是经由设置/获取实验来实验确定K。制造各种感应套刻值。印刷具有编程套刻的多个目标(设置晶片)，并且在晶片上测量套刻灵敏度K(作为套刻的函数的强度变化)。
再者，如从光学套刻计量中得知，+/-d偏移目标可以用于确定K，其中d是有意套刻偏置。这导致了两个方程，其中K和套刻OV未知，并且强度的不对称性和d(偏移)已知。可以使用这些偏移目标来确定K。无需知道K即可以直接测量套刻OV。
在图5的示例中，如下所述，通过减去来自声学检测器的强度信号，使用了幅度的不对称性。在其他实施例中，可以检测声学方向或可以检测角度方向并且将其用于确定衬底的套刻和/或其他性质。在该频率范围内，相位仍可以使用换能器测量。声学方向可以通过不同的传播路径来推导，该传播路径可以通过比较输入脉冲相对于接收的回波脉冲的相位来测量。
上文参考图5所讨论的备选方案(包括各种测量的参数、衬底特性和衍射阶)也适用于本文中参考图12至图18所描述的其他示例。
图6和图7分别描绘了对称结构602和非对称结构702的模拟压力分布。这些是对实际交叠光栅进行模拟的结果(使用MATLABTM的K波工具箱)，其中与不对称情况604相比较，可以标识光栅之间的套刻误差本身表现为衍射声波前的不对称性704。这些特定模拟处于传输中，但是在反射中也遇到类似效果。
1.总结
在下文的第2节至第8节中，描述了一种更严格的方法来量化在存在套刻的情况下衍射声学阶之间的不对称性。
总之，调查结果如下：
-套刻产生衍射阶不对称性；
-来自交叠光栅的所有衍射声波的特征均为材料中的两个传播速度，其与压缩波和剪切波相对应，因此，对于一阶(或更高阶)，在信号形成模型中，我们会有三个干扰波。套刻信号被示与衍射阶之间的强度差成比例。
-套刻灵敏度取决于具有不同频率的两个正弦波；以及
-为了估计灵敏度ΔI/OV，需要估计反射系数。备选方案是假设每个光栅的反射为10％，使套刻信号的量级约为输入信号的1％(1x10-2)。
2.简介
以下内容的目的是在基于光学衍射的套刻(DBO)测量中导出简化信号形成模型的声学等同物。第3节至第5节包含最低限度的理论要求，以便得出声学散射问题的平面波解决方案。第6节描述了用于光学DBO测量的经典信号形成模型。最后，第7节使用第3节至第5节中的理论以便导出类似声学模型。相对于光学模型的主要区别在于固体材料中存在以不同速度行进的两个波。结果是套刻灵敏度的‘摆动曲线’稍微复杂一些。
3.声波方程
均质材料中的声波方程如下：
Figure BDA0002451868040000141
其中u＝[ux,uy,uz]T是位移矢量，λ>0是Lamé的第一参数，μ≥0是Lamé的第二参数(剪切模量)，ρ>0是材料密度。对于流体，剪切模量为零，对于固体材料，剪切模量为正。应当指出，上述方程在均质材料和各向同性材料的假设下导出。
4.压缩波和剪切波
位移u通常依据压缩波(或P波)标量势p和剪切波(或S波)矢量势s来表达。下一节将清楚说明这种特定命名的原因。我们将使用亥姆霍兹(Helmholtz)分解定理：
Figure BDA0002451868040000142
应当指出：
Figure BDA0002451868040000143
Figure BDA0002451868040000144
把(2)代入(1)，
Figure BDA0002451868040000145
其中在最后一步中，我们使用了以下事实：
Figure BDA0002451868040000146
Figure BDA0002451868040000147
把这些项组合在一起，我们得出：
Figure BDA0002451868040000151
左侧是p的函数的梯度，而右侧是s的函数的旋度。由于对于所有t和x这些侧总是相等，所以它们必须等于某个常数，我们可以将其取为零。因此，亥姆霍兹分解使我们能够将各向同性介质的弹性动力运动方程分解为两个微分方程：
Figure BDA0002451868040000152
Figure BDA0002451868040000153
这些是具有相速度的波方程。应当指出，剪切波的行进总是比压缩波慢。在时谐情况下，波方程变为亥姆霍兹方程。在光学中，亥姆霍兹方程是衍射模型和其他简化模型的标量理论的起点。这暗示可以在声学中使用类似模型。
5.平面波解决方案
在该节中，我们将研究(7)-(8)的平面波解，以便了解它们的特性。给出波动方程：
Figure BDA0002451868040000154
其一般平面波解如下：
w(x,t)＝rei(k·x±ωt), (10)
其中
Figure BDA0002451868040000155
弹性介质(7)的标量波方程的平面波解如下：
p(x,t)＝aei(k·x±ωt). (12)
为了获得由于标量势p引起的位移场，我们应用梯度：
Figure BDA0002451868040000156
这是所有位移沿传播方向k的谐波位移扰动，因此称为压缩波或P波。
弹性介质(8)的矢量波方程的平面波解如下：
Figure BDA0002451868040000161
为了获得由于矢量电势s引起的位移场，我们应用旋度：
Figure BDA0002451868040000162
这是所有位移都垂直于传播方向k的谐波位移扰动，因此称为剪切波或S波。为了检查关于k的正交性，取内积：
Figure BDA0002451868040000163
6.电磁DBO的现有信号形成模型
图8以示意形式描绘了解释传统基于光学衍射的套刻的信号形成的简化模型。
我们考虑来自图8的配置，其中平面波826辐射套刻目标834，该套刻目标834包括被厚度为T的层隔开的两个‘套刻’光栅838和840。在单散射的假设下(玻恩近似，低光学对比度)，一阶的强度如下：
I+1＝|Aeiα+Beiβ|2
＝(Aeiα+Beiβ)(A*e-iα+B*e-iβ)
＝|A|2+|B|2+BA*ei(β-α)+AB*ei(α-β))
＝|A|2+|B|2+2Re(AB*)cos(α-β).
I-1＝|Ae-iα+Beiβ|2
＝(Ae-iα+Beiβ)(A*eiα+B*e-iβ)
＝|A|2+|B|2+BA*ei(β+α)+AB*e-i(α+β))
＝|A|2+|B|2+2Re(AB*)cos(α+β).
从强度差中提取套刻：
ΔI＝I+1-I-1
＝2Re(AB*)(cos(α-β)-cos(α+β))
＝4Re(AB*)sin(α)sin(β).
代入图8的α,β的值：
Figure BDA0002451868040000171
Figure BDA0002451868040000172
得出：
Figure BDA0002451868040000173
然后，套刻灵敏度如下：
Figure BDA0002451868040000174
图9是传统光学摆动曲线的曲线图。图9示出了定性摆动曲线，其中我们假设：
Figure BDA0002451868040000175
P＝1μm, (20)
T＝0.2μm. (21)
应当指出，当绘制定性摆动曲线时，通常假设反射系数恒定。实际上，这些系数与波长有关，并且可能对实际摆动曲线的最终形状产生重大影响。
7.所提出的声学DBO的信号形成模型
图10以示意形式描绘了解释基于声学衍射的套刻的信号形成的简化模型。我们考虑来自图10的配置，其中声学平面波1026撞击在包括两个‘套刻’光栅1038和1040的套刻目标1035上。顶板(superstrate)耦合剂材料1024是流体(气体或液体)，其中μ＝0，并且光栅之间的材料1034是μ>0并且厚度为T的固体。应当指出，材料的选择至关重要，因为μ>0暗示存在剪切波(紧随压缩波之后)。因此，在流体-固体情况中，流体中只有压缩波，而固体中既有压缩波又有剪切波。如果用固体或粘度非常高的剪切波耦合剂替换顶板，则顶板也需要考虑剪切波。
在单散射(玻恩近似，低声学对比度)的假设下，一阶的强度如下：
I+1＝|Aeiα+Beiβ+Ceiγ|2
＝(D+Ceiγ)(D*+C*e-iγ)
＝|D|2+|C|2+DC*e-iγ+CD*eiγ)
＝|A|2+|B|2+2Re(AB*)cos(α-β)+|C|2
+AC*ei(α-γ)+BC*ei(β-γ)+CA*e-i(α-γ)+CB*e-i(β-γ)
＝|A|2+|B|2+|C|2
+2Re(AB*)cos(α-β)+2Re(AC*)cos(α-γ)+2Re(BC*)cos(β-γ).
I-1＝|Ae-iα+Beiβ+Ceiγ|2
＝(D+Ceiγ)(D*+C*e-iγ)
＝|D|2+|C|2+DC*e-iγ+CD*eiγ)
＝|A|2+|B|2+2Re(AB*)cos(α+β)+|C|2
+AC*ei(-α-γ)+BC*ei(β-γ)+CA*ei(α+γ)+CB*ei(-β+γ)
＝|A|2+|B|2+|C|2
+2Re(AB*)cos(α+β)+2Re(AC*)cos(α+γ)+2Re(BC*)cos(β-γ).
从强度差中提取套刻：
ΔI＝I+1-I-1
＝2Re(AB*)(cos(α-β)-cos(α+β))+2Re(AC*)(cos(α-γ)-cos(α+γ))
＝4Re(AB*)sin(α)sin(β)-4Re(AC*)sin(α)sin(γ)
＝4(Re(AB*)sin(β)-4Re(AC*)sin(γ))sin(α).
代入图3的α,β,γ的值：
Figure BDA0002451868040000191
Figure BDA0002451868040000193
得出：
Figure BDA0002451868040000194
然后，套刻灵敏度如下：
Figure BDA0002451868040000195
有趣的是，用于声学套刻测量的‘摆动曲线’由具有不同频率的两个正弦组成。
8.估计
表1列出了与声波有关的材料特性。根据杨氏模量获得第一Lame系数λ：
Figure BDA0002451868040000196
或根据体积模量获得第一Lame系数λ：
Figure BDA0002451868040000197
/>
表1：与声波有关的材料特性。
Figure BDA0002451868040000198
Figure BDA0002451868040000201
假设空气中的波长：
Λ＝0.1μm,
角频率如下：
Figure BDA0002451868040000202
P波和S波在硅中的速度：
Figure BDA0002451868040000203
Figure BDA0002451868040000204
P波和S波在硅中的波长：
Figure BDA0002451868040000205
Figure BDA0002451868040000206
图11是声学摆动曲线的曲线图。图11示出了定性摆动曲线，其中我们假设：
Figure BDA0002451868040000207
Figure BDA0002451868040000208
P＝1μm, (31)
T＝0.2μm. (32)
至于光学情况，当绘制定性声学摆动曲线时，我们假设反射系数恒定。实际上，这些系数是与波长有关的，并且可能对实际摆动曲线的最终形状产生重大影响。
对于最佳场景，可以估计套刻灵敏度的模量，如下：
Figure BDA0002451868040000209
/>
Figure BDA0002451868040000211
可以用严格的声学模型确定值A,B,C。
图12描绘了具有三个声学换能器和中央声学源的声学散射仪。这是与图5所描绘的配置相同的配置。在本文中进行复制以描绘在图13至图16所描绘的其他示例中发现的具有相同附图标记(从12开始)的元件。
参考图12，散射仪具有声学源1220，其可操作以将声学辐射1226投影到形成在衬底1234上的周期性结构1238上。声学检测器1218可操作以检测由周期性结构1238衍射的负一声学衍射阶1228，同时区别于镜面反射(0阶1232)。另一声学检测器1222可操作以检测由周期性结构衍射的正一声学衍射阶1230，同时再次区别于镜面反射(0阶1232)。声学源和声学检测器可以是参考图4所描绘的压电换能器。
相对于周期性结构1238布置投影声学辐射1226的入射角和检测器1218和1222的位置，使得负一声学衍射阶1228和正一声学衍射阶1230的检测区别于0阶镜面反射1232。入射角和位置可以通过模拟和/或实验来确定，并且取决于光栅的节距和声学辐射的波长。
耦合剂系统提供耦合剂1224，以便于声学辐射经由周期性结构1238在声学源1220与声学检测器1218，1222之间的传输。
声学检测器1218输出强度信号I-1 1214，其是负一声学衍射阶1228的测量。声学检测器1222输出强度信号I+1 1216，其是正一声学衍射阶1230的测量。
输出强度信号I-1 1214和I+1 1216由处理单元1206接收，该处理单元1206以与参考参考图5说描述的处理单元506所描述的方式相同的方式进行操作。
图13描绘了使用换能器的相控阵实现的声学散射仪。相控阵的子元件被分成三组1318，1320和1322，充当一对声波检测器1318和1322之间的中央声学源1320。
对于具有共同附图标记的元件，操作与参考图12所描述的操作相同，其中区别如下。声学检测器1318被布置为接收由周期性结构1238衍射的声学衍射阶1228。声学检测器1322被布置为接收由周期性结构衍射的另一声学衍射阶1230，其与第一声学检测器1318所接收的声学衍射阶相反。
图14a和图14b描绘了具有三个声学换能器的声学散射仪。存在两个声学源1418，1422和中央声学检测器1420。对于具有共同附图标记的元件，操作与参考图12描述的操作相同，其中区别如下。
第一声学源1418被布置为以第一入射角将第一声学辐射1426投影(图14a)到周期性结构1238上。第二声学源1422被布置为以第二入射角将第二声学辐射1480投影(图14b)到周期性结构1238上。
在一些示例(未示出)中，第一入射角和第二入射角不必相等。可以使用具有宽接受角的检测器，或者甚至可以使用单独的检测器，来检测来自第一声学源和第二声学源的衍射阶。因此，可以有四个或更多个换能器，例如，两个声学源以及两个充当声学检测器。
在该示例中，第一声学源和第二声学源可配置为在不同时间t＝t0(图14a)和t＝t1(图14b)投影其声学辐射。在选择第一入射角和第二入射角的情况下，在不同时间投影声学辐射，使得声学检测器1420可配置为分别检测正一声学衍射阶(图14a)和负一(图14b)声学衍射阶。
在图14a中，声学检测器1420被配置为检测正一衍射阶1426，其已经被周期性结构1238衍射并且由第一声学源1418辐射1428产生。声学检测器1420输出强度信号I+1 1416，其是正一声学衍射阶1426的测量。
在图14b中，声学检测器1420被配置为检测另一声学衍射阶1476，其已经由周期性结构1238衍射并且由第二声学源1422的辐射1480产生。衍射阶1476相对于由第一声学源1418的辐射1428产生的声学衍射阶1426(正一阶)相反。声学检测器1420输出强度信号I-11464，该强度信号I-1是负一声学衍射阶1476的测量。
输出强度信号I-1 1464和I+1 1416由处理单元1206接收，该处理单元以与参考图5描述的处理单元506所描述的方式相同的方式进行操作。
图5、图12、图13和图14中所描绘的示例中的声学源可操作以将连续波声学辐射投影到周期性结构上，而声学检测器可操作以同时检测由周期性结构衍射的声学衍射阶。这是允许的，因为声学源和声学检测器不是同一换能器。
图15a和图15b描绘了具有作为收发器操作的两个换能器的声学散射仪。对于具有共同附图标记的元件，该操作与参考图12所描述的操作相同，其中区别如下。声学收发器1518可配置为声学源(图15a中)以投影脉冲声学辐射1526，并且可配置为声学检测器(图15a中)以检测由周期性结构1238衍射并且由脉冲声学辐射1526产生的后向散射声学衍射阶1528。声学收发器1518输出强度信号I-11514，该强度信号I-1 1514是负一声学衍射阶1528的测量。
在具有一个收发器对的该示例中，另一声学收发器1520可配置为声学源(图15b中)以投影脉冲声学辐射1576，并且可配置为声学检测器(图15b中)以检测由周期性结构1238衍射并且由脉冲声学辐射1576产生的向后散射声学衍射阶1578。声学收发器1520输出强度信号I+1 1566，该强度信号I+1 1566是正一声学衍射阶1578的测量。
在该示例中，声学收发器1518和1520可配置为在不同时间t＝t0(图15a)和t＝t1(图15b)投影其声学辐射，使得收发器处的向后散射声学衍射阶可以区别于由另一收发器的辐射1532，1582产生的镜面反射。
输出强度信号I-1 1514和I+1 1566由处理单元1206顺序接收，该处理单元1206以与参考参考图5所述的处理单元506所描述的方式相同的方式进行操作。
图16a和图16b描绘了具有作为收发器操作的一个换能器的声学散射仪。对于具有共同附图标记的元件，该操作与参考图12所描述的操作相同，其中区别如下。声学收发器1618可配置为声学源(图16a中)以投影脉冲声学辐射1626，并且可配置为声学检测器(图16a中)以检测由周期性结构1238衍射并且由脉冲声学辐射1626产生的后向散射声学衍射阶1628。声学收发器1618输出强度信号I-11614，该强度信号I-1 1614是负一声学衍射阶1628的测量。
在具有单个收发器的该示例中，周期性结构或检测器围绕垂直于相反声学衍射阶的测量之间的周期性结构的周期性方向的方向旋转180度。可替代地，收发器可以简单地沿另一路径移动并且在目标处重定向。在旋转或移动之后，收发器1618可配置为声学源(图16b中)以投影脉冲声学辐射1676，并且可配置为声学检测器(图16b中)以检测由周期性结构1238衍射并且由脉冲声学辐射1676产生的后向散射声学衍射阶1680。声学收发器1618输出强度信号I+11666，该强度信号I+1 1666是正一声学衍射阶1680的测量。
输出强度信号I-1 1614和I+1 1666由处理单元1206依序接收，该处理单元1206以与参考参考图5所描述的处理单元506所描述的方式相同的方式操作。
图17描绘了散射测量方法。该方法可以使用参考图5，图12和图13所描述的散射仪来实现。
参考图17，一种散射测量方法包括：
1702(Tx)：将声学辐射投影到形成在衬底上的周期性结构上；
1704(Rx)：检测由周期性结构衍射的声学衍射阶，同时区别于镜面反射；以及
1706(CALC)：基于检测的声学衍射阶来确定衬底的特性。
布置相对于周期性结构投影声学辐射的入射角和检测器的位置，使得对声学衍射阶的检测区别于镜面反射。提供了耦合剂以便于经由周期性结构在声学源和声学检测器之间声学辐射的传输。
可以基于一个或多个检测的声学衍射阶的幅度、相位和方向中的至少一个来确定衬底的特性。衬底的特性可以包括周期性结构的物理特性。
该方法可以包括：基于由周期性结构衍射的至少两个对应相反的检测的声学衍射阶的不对称性来确定周期性结构的结构不对称性。
周期性结构可以包括套刻在另一光栅上的光栅，并且该方法可以包括：基于由光栅衍射的至少两个对应相反的检测的声学衍射阶的不对称性来确定套刻误差。
可以基于由光栅衍射的至少两个对应相反的检测的声学衍射阶的幅度、相位和方向中的至少一个的不对称性来确定套刻误差。
图18描绘了根据本发明的实施例的方法，该方法包括：在不同时间以第一入射角和第二入射角投影声学辐射。该方法可以使用参考图14至图16描述的散射仪来实现，甚至可以使用参考图5、图12和图13描述的散射仪来实现。
参考图18，声学辐射可以在不同时间1802(Tx1)，1806(Tx2)并且选择相应的第一入射角和第二入射角被投影，以分别检测：
1804(Rx1)：由周期性结构衍射并且由以第一入射角的辐射产生的声学衍射阶(例如，正一)；以及
1808(Rx2)：由周期性结构衍射的另一声学衍射阶(例如，负一)，其相对于由以第一入射角的辐射产生的声学衍射阶(例如，正一)相反。
在步骤1808(CALC)处，基于检测的声学衍射阶来确定衬底的特性。
图17和图18的方法可以包括：将连续波声学辐射投影到周期性结构上，同时检测由周期性结构衍射的声学衍射阶。
图17和图18的方法可以包括：投影脉冲声学辐射并且检测由周期性结构衍射并且由脉冲声学辐射的投影产生的向后散射声学衍射阶。
本发明的实施例提供了一种测量周期性结构的特性的无损快速方式。
在本发明的另一实施例中，仅零阶或镜面反射光的测量可以用于提供对感兴趣参数，特别是诸如套刻之类的感兴趣参数之类的测量。在一个实施例中，可以使用声学偏振元件。声学偏振元件可以是单个换能器或2D换能器的阵列。在一个示例中，图12的换能器1220可以使一个偏振方向上的声学辐射偏振，并且图12的换能器1218或1222可以包括正交于换能器1220的偏振方向的方向上的声学偏振元件。这种设置称为交叉偏振设置。当在交叉偏振设置中使用零阶辐射或镜面辐射时，可以测量代表晶片上产品结构的感兴趣参数的测量。
使用零阶电磁辐射的散射测量在本领域中是已知的。可以通过观察不对称光瞳中形成的不对称性来测量光刻过程的感兴趣参数，诸如套刻。因为声学辐射的物理性质及其散射与电磁辐射及其散射的物理性质不同，所以如果使用声学辐射，则尽管形成套刻信号所涉及的部件不同，但是测量原理保持相同。对于声学设置，诸如例如，图12中所描绘的设置，声学琼斯矩阵可以表达如下：
Figure BDA0002451868040000261
其中左侧是声学琼斯矩阵，而右手矩阵的分量是具有偏振方向的入射辐射和偏振方向与声学辐射不同或相同的出射辐射的反射系数。在声学辐射的情况下，光可以沿着剪切波或压缩波方向而被偏振。因此，对于声学计量，需要考虑剪切偏振辐射或压缩偏振辐射。利用电磁辐射测量套刻的原理也应用于利用声学辐射的套刻测量，其中区别在于，与其中仅需要2个极化方向的电磁辐射的情况相反，在声学计量设置中，需要考虑3个极化方向及其组合。先前实施例中所描述的用于声学计量的设置还可应用于声学交叉极化设置中的测量，其中区别在于检测到声学辐射的零阶，而不是声学辐射的衍射阶。因为现有技术包括形成剪切偏振声学辐射和压缩偏振声学辐射的解决方案，所以可以使用已知方法来产生声学偏振辐射。
根据本发明的实施例的散射仪可以在光学散射仪不合适的情况下使用。可替代地，根据本发明的实施例的散射仪可以用于补充检查装置中的光学散射仪。
尽管在本文中可以具体参考光刻装置在IC的制造中的使用，但是应当理解，本文中所描述的散射仪可以具有其他应用。其他可能的应用包括制造集成光学系统、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(LCD)、薄膜磁头等。
尽管在本文中可以在晶片检查装置的上下文中具体参考本发明的实施例，但是本发明的实施例可以用于其他装置。本发明的实施例可以形成掩模检查装置、计量装置、或测量或处理诸如晶片(或其他衬底)或掩模(或其他图案化设备)的物体的任何装置的一部分。这些装置通常可以称为光刻工具。
尽管上文可能已经在光学光刻的上下文中具体参考了本发明的实施例的使用，但是应当领会，在上下文允许的情况下，本发明不限于光学光刻，并且可以用于其他应用，例如，压印光刻。
在下文编号的条款中对根据本发明的其他实施例进行进一步的描述。
1.一种散射仪，包括：
-声学源，其可操作以将声学辐射投影到形成在衬底上的周期性结构上；以及
-声学检测器，其可操作以检测由周期性结构衍射的声学衍射阶，同时区别于镜面反射，
其中散射仪可操作以基于检测的声学衍射阶来确定衬底的特性。
2.根据条款1所述的散射仪，其中投影的声学辐射的入射角和检测器的位置相对于周期性结构而被布置，使得声学衍射阶的检测区别于镜面反射。
3.根据条款1或条款2所述的散射仪，还包括耦合剂系统以提供耦合剂，以便于声学辐射经由周期性结构在声学源与声学检测器之间的传输。
4.根据前述条款中任一项所述的散射仪，其中散射仪可操作以基于一个或多个检测的声学衍射阶的幅度、相位和方向中的至少一个来确定衬底的特性。
5.根据前述条款中任一项所述的散射仪，其中衬底的特性包括周期性结构的物理特性。
6.根据前述条款中任一项所述的散射仪，其中散射仪可操作以基于由周期性结构衍射的至少两个对应相反的检测的声学衍射阶的不对称性来确定周期性结构的结构不对称性。
7.根据前述条款中任一项所述的散射仪，其中周期性结构包括套刻在另一光栅上的光栅，并且散射仪可操作以基于由光栅衍射的至少两个对应相反的检测的声学衍射阶的不对称性来确定套刻误差。
8.根据条款7所述的散射仪，其中套刻误差基于由光栅衍射的至少两个对应相反的检测的声学衍射阶的幅度、相位和方向中的至少一个的不对称性来确定。
9.根据前述条款中任一项所述的散射仪，包括：
-第一声学检测器，其被布置为接收由周期性结构衍射的声学衍射阶；以及
-第二声学检测器，其被布置为接收由周期性结构衍射的另一声学衍射阶，该另一声学衍射阶相对于第一声学检测器所接收的声学衍射阶相反。
10.根据前述条款中任一项所述的散射仪，包括：
-第一声学源，其被布置为将第一声学辐射以第一入射角投影到周期性结构上；以及
-第二声学源，其被布置为将第二声学辐射以第二入射角投影到周期性结构上。
11.根据条款10所述的散射仪，其中第一声学源和第二声学源可配置为在不同的时间并且选择第一入射角和第二入射角来投影其声学辐射，使得声学检测器可配置为分别检测：
-由周期性结构衍射并且由第一声学源的辐射产生的声学衍射阶；以及
-由周期性结构衍射的另一声学衍射阶，该另一声学衍射阶相对于由第一声学源的辐射产生的声学衍射阶相反。
12.根据前述条款中任一项所述的散射仪，其中声学源可操作以将连续波声学辐射投影到周期性结构上，而声学检测器可操作以检测由周期性结构衍射的声学衍射阶。
13.根据条款1至11中任一项所述的散射仪，包括声学收发器，其可配置为声学源以投影脉冲声学辐射并且可配置为声学检测器以检测由周期性结构衍射并且由脉冲声学辐射产生的后向散射声学衍射阶。
14.一种散射测量方法，包括：
-将声学辐射投影到形成在衬底上的周期性结构上；
-检测由周期性结构衍射的声学衍射阶，同时区别于镜面反射；以及
-基于检测的声学衍射阶来确定衬底的特性。
15.根据条款14所述的方法，其中相对于周期性结构布置投影的声学辐射的入射角和检测器的位置，使得声学衍射阶的检测区别于镜面反射。
16.根据条款14或条款15所述的方法，还包括提供耦合剂，以便于声学辐射经由周期性结构在声学源与声学检测器之间的传输。
17.根据条款14至16中任一项所述的方法，包括基于一个或多个检测的声学衍射阶的幅度、相位和方向中的至少一个来确定衬底的特性。
18.根据条款14至17中任一项所述的方法，其中衬底的特性包括周期性结构的物理特性。
19.根据条款14至18中任一项所述的方法，包括：基于由周期性结构衍射的至少两个对应相反的检测的声学衍射阶的不对称性来确定周期性结构的结构不对称性。
20.根据条款14至19中任一项所述的方法，其中周期性结构包括套刻在另一光栅上的光栅，并且该方法包括基于由光栅衍射的至少两个对应相反的检测的声学衍射阶的不对称性来确定套刻误差。
21.根据条款20所述的方法，包括：基于由光栅衍射的至少两个对应相反的检测的声学衍射阶的幅度、相位和方向中的至少一个的不对称性来确定套刻误差。
22.根据条款14至21中任一项所述的方法，包括：在不同时间并且选择第一入射角和第二入射角投影声学辐射，以分别检测：
-由周期性结构衍射并且由以第一入射角的辐射产生的声学衍射阶；以及
-由周期性结构衍射的另一声学衍射阶，该另一声学衍射阶相对于由以第一入射角的辐射产生的声学衍射阶相反。
23.根据条款14至21中任一项所述的方法，包括：将连续波声学辐射投影到周期性结构上，同时检测由周期性结构衍射的声学衍射阶。
24.根据条款14至22中任一项所述的方法，包括：投影脉冲声学辐射并且检测由周期性结构衍射并且由脉冲声学辐射的投影产生的向后散射声学衍射阶。
尽管上文已经描述了本发明的特定实施例，但是应当领会，可以以不同于所描述的方式来实践本发明。上文的描述旨在是说明性的，而非限制性的。因此，对于本领域的技术人员而言是显而易见的是，可以在不背离下文所陈述的权利要求的范围的前提下，对所描述的本公开进行修改。

Claims (20)

1.一种散射仪，包括：
-声学源，包括第一声学源和第二声学源，所述第一声学源和所述第二声学源被布置为以包括第一入射角和第二入射角的声学角度将包括第一声学辐射和第二声学辐射的声学辐射投影到周期性结构上，以产生包括第一声学衍射阶和第二声学衍射阶的声学衍射阶，所述第一声学衍射阶相对于所述第二声学衍射阶相反；以及
-声学检测器，可操作以在区别于镜面反射的情况下检测所述第一声学衍射阶和所述第二声学衍射阶，并且产生检测信号，
其中所述散射仪可操作以基于所述检测信号来确定衬底的特性，
其中所述第一声学源和所述第二声学源被布置为在不同时间、并且以所述第一入射角和所述第二入射角投影所述第一声学辐射和所述第二声学辐射，使得所述声学检测器被配置为单独地检测所述第一声学衍射阶和所述第二声学衍射阶，以及
其中所述声学辐射以及基于所述声学辐射所产生的所述声学衍射阶在所述周期性结构的同一侧。
2.根据权利要求1所述的散射仪，其中所投影的声学辐射的入射角和所述检测器的位置相对于所述周期性结构而被布置，使得所述声学衍射阶的所述检测区别于镜面反射。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的散射仪，还包括耦合剂系统以提供耦合剂，以便于所述声学辐射经由所述周期性结构在所述声学源与所述声学检测器之间的传输。
4.根据前述权利要求中任一项所述的散射仪，其中所述散射仪可操作以基于所述声学衍射阶的幅度、相位和方向中的至少一个来确定所述衬底的所述特性。
5.根据前述权利要求中任一项所述的散射仪，其中所述衬底的所述特性包括所述周期性结构的物理特性。
6.根据前述权利要求中任一项所述的散射仪，其中所述散射仪可操作以基于由所述周期性结构衍射的对应相反的检测的所述第一声学衍射阶和所述第二声学衍射阶的不对称性，来确定所述周期性结构的结构不对称性。
7.根据前述权利要求中任一项所述的散射仪，其中所述周期性结构包括套刻在另一光栅之上的光栅，并且所述散射仪可操作以基于由所述光栅衍射的对应相反的检测的所述第一声学衍射阶和所述第二声学衍射阶的不对称性来确定套刻误差。
8.根据权利要求7所述的散射仪，其中所述套刻误差基于由所述光栅衍射的对应相反的检测的所述第一声学衍射阶和所述第二声学衍射阶的幅度、相位和方向中的至少一个的不对称性来确定。
9.根据前述权利要求中任一项所述的散射仪，其中所述声学源可操作以将连续波声学辐射投影到所述周期性结构上，同时所述声学检测器可操作以检测由所述周期性结构衍射的所述声学衍射阶。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的散射仪，包括声学收发器，可配置作为所述声学源以投影脉冲声学辐射，并且可配置作为所述声学检测器以检测由所述周期性结构衍射、并且由所述脉冲声学辐射产生的后向散射声学衍射阶。
11.一种散射测量方法，包括：
以包括第一入射角和第二入射角的声学角度将包括第一声学辐射和第二声学辐射的声学辐射投影到形成在衬底上的周期性结构上，其中所述第一声学辐射和所述第二声学辐射在不同时间被投影；
基于与所述周期性结构相互作用的所述第一声学辐射和所述第二声学辐射，产生包括第一声学衍射阶和第二声学衍射阶的声学衍射阶，所述第一声学衍射阶相对于所述第二声学衍射阶相反；
检测在区别于镜面反射的情况下由所述周期性结构衍射的所述第一声学衍射阶和所述第二声学衍射阶；以及
基于所述声学衍射阶来确定所述衬底的特性，
其中所述声学辐射以及基于所述声学辐射所产生的所述声学衍射阶在所述周期性结构的同一侧。
12.根据权利要求11所述的方法，包括：相对于所述周期性结构布置所述声学辐射的入射角和检测的位置，使得所述声学衍射阶的检测区别于所述镜面反射。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的方法，还包括：提供耦合剂，以便于所述声学辐射经由所述周期性结构在声学源与声学检测器之间的传输。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，包括：基于所述声学衍射阶的幅度、相位和方向中的至少一个，来确定所述衬底的所述特性。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中所述衬底的所述特性包括所述周期性结构的物理特性。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，包括：基于由所述周期性结构衍射的对应相反的检测的所述第一声学衍射阶和所述第二声学衍射阶的不对称性，来确定所述周期性结构的结构不对称性。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中所述周期性结构包括套刻在另一光栅之上的光栅，并且所述方法包括：基于由所述光栅衍射的对应相反的检测的所述第一声学衍射阶和所述第二声学衍射阶的不对称性，来确定套刻误差。
18.根据权利要求17所述的方法，包括：基于由所述光栅衍射的对应相反的检测的所述第一声学衍射阶和所述第二声学衍射阶的幅度、相位和方向中的至少一个的不对称性，来确定所述套刻误差。
19.根据权利要求11至18中任一项所述的方法，包括：将连续波声学辐射投影到所述周期性结构上，同时检测由所述周期性结构衍射的所述声学衍射阶。
20.根据权利要求11至19中任一项所述的方法，包括：投影脉冲声学辐射，并且检测由所述周期性结构衍射、并且由所述脉冲声学辐射的所述投影产生的向后散射声学衍射阶。
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