CN111226174A - 量测设备、光刻系统和测量结构的方法 - Google Patents

Abstract

披露了一种量测设备，所述量测设备包括光学系统，所述光学系统用以将辐射聚焦至所述结构上且将来自所述结构的反射辐射引导至检测系统，所述光学系统被配置成将光学特性的多个不同的偏移施加至从所述结构反射之前和/或之后的辐射，使得相对于从光瞳平面场分布的第二点导出的反射辐射，将对应的多个不同的偏移提供至从所述光瞳平面场分布的第一点导出的反射辐射；所述检测系统检测由从所述光瞳平面场分布的所述第一点导出的反射辐射与从所述光瞳平面场分布的所述第二点导出的反射辐射之间的干涉引起的对应的多个辐射强度，每个辐射强度对应于所述多个不同的偏移中的不同的一个偏移。

Description

量测设备、光刻系统和测量结构的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年10月16日递交的欧洲申请17196670.8的优先权，并且所述欧洲申请的全部内容通过引用并入本发明中。

技术领域

本发明涉及一种用于测量由光刻过程形成在衬底上的结构的量测设备、一种光刻系统，和一种测量由光刻过程形成在衬底上的结构的方法。

背景技术

光刻设备是将期望的图案施加至衬底上(通常施加至衬底的目标部分上)的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)制造中。在那种情况下，图案形成装置(其替代地被称作掩模或掩模版)可以用以产生待形成在IC的单层上的电路图案。可以将这种图案转印至衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括管芯的一部分、一个管芯或若干管芯)上。典型地经由成像至设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)的层上来进行图案的转印。通常，单个衬底将包含被连续图案化的相邻目标部分的网络。在光刻过程中，期望频繁地进行对所产生结构的测量(例如)用于过程控制和验证。用于进行这样的测量的各种工具是已知的，包括常常用以测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜，和用以测量重叠(即器件中两个层的对准的精度的量度)的专用工具。可以依据两个层之间的未对准程度来描述重叠，例如，对1nm的所测量到的重叠的提及可以描述两个层未对准达1nm的情形。

近来，已开发出光刻领域中使用的各种形式的散射仪。这些装置将辐射束引导至目标上且测量散射辐射的一个或更多个属性(例如，作为波长的函数的在单个反射角的情况下的强度；作为反射角的函数的在一个或更多个波长的情况下的强度；或作为反射角的函数的偏振)以获得可以供确定目标的感兴趣的属性的“光谱”。可以通过各种技术来执行感兴趣的属性的确定：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进行的目标的重构；库搜寻；和主成份分析。

在已知的量测技术中，从目标获得-1和+1衍射阶强度。强度不对称性(这些衍射阶强度的比较)提供目标不对称性的测量；即，目标中的不对称性。目标中的这种不对称性可以用作重叠(两个层的不期望的未对准)的指示符/指标。

使用上述量测技术进行重叠(或目标结构中的其它不对称性)的测量在所涉及的结构处于待制造的器件特征的分辨率的情况下是困难的。这是因为高分辨率特征引起相对应的高衍射角，所述高衍射角难以捕获，或衍射阶变得渐消(非传播的)。对于由非常接近于彼此的层所限定的结构，诸如可以是已进行蚀刻之后的情况，仍可能获得关于来自零阶散射的不对称性的一些信息。然而，在这些测量中难以获得足够的灵敏度，特别是在层分离不是非常小的情况下。

发明内容

期望改善特别是针对高分辨率目标的目标不对称性或其它感兴趣的参数的测量。

根据本发明的一方面，提供一种用于测量形成在衬底上的结构以确定感兴趣的参数的量测设备，所述量测设备包括：光学系统，所述光学系统被配置成将辐射聚焦至所述结构上且将来自所述结构的反射辐射引导至检测系统，其中，所述光学系统被配置成将光学特性的多个不同的偏移施加至从所述结构反射之前和/或之后的辐射，使得相对于从光瞳平面场分布的第二点导出的反射辐射，将对应的多个不同的偏移提供至从所述光瞳平面场分布的第一点导出的反射辐射；并且所述检测系统被配置成检测由从所述光瞳平面场分布的所述第一点导出的反射辐射与从所述光瞳平面场分布的所述第二点导出的反射辐射之间的干涉引起的对应的多个辐射强度，其中每个辐射强度对应于所述多个不同的偏移中的不同的一个偏移。

根据本发明的一方面，提供一种测量形成于衬底上的结构以确定感兴趣的参数的方法，所述方法包括：将辐射聚焦至所述结构上且使用检测系统以检测来自所述结构的反射辐射，其中，将光学特性的多个不同的偏移施加至从所述结构反射之前和/或之后的辐射，使得相对于从光瞳平面场分布的第二点导出的反射辐射，将对应的多个不同的偏移提供至从所述光瞳平面场分布的第一点导出的反射辐射；并且所述检测系统检测由从所述光瞳平面场分布的所述第一点导出的反射辐射与从所述光瞳平面场分布的所述第二点导出的反射辐射之间的干涉引起的对应的多个辐射强度，其中每个辐射强度对应于所述多个不同的偏移中的不同的一个偏移。

附图说明

现在将参考随附的示意性附图仅通过举例的方式来描述本发明的实施例，在所述附图中，对应的附图标记指示对应的部件，并且在所述附图中：

图1描绘光刻设备；

图2描绘光刻单元或簇；

图3包括：图3(a)，用于使用第一对照射孔来对目标进行测量的暗场散射仪的示意图；图3(b)，针对给定的照射方向的目标光栅的衍射光谱的细节；图3(c)，对多重光栅目标的已知形式和衬底上的测量斑的轮廓的描绘；和图3(d)，对在图3(a)的散射仪中获得的图3(c)的目标的图像的描绘；并且

图4描绘量测设备的将输入辐射束提供至包括分束器的光学单元的光学元件；

图5描绘被配置成从图4的布置接收输入辐射束的光学单元，和用于将第一和第二辐射束引导至衬底上且将被反射的第一和第二辐射束引导至检测器上的光学系统；

图6进一步详细地描绘图5的布置的光学单元的操作，示出传播至分束器和从分束器传播的辐射束中的光瞳平面场分布；

图7描绘基于图6的光学单元的替代光学单元的操作，其中在第一支路中执行额外的翻转；

图8描绘其中辐射在从目标结构反射之前和之后传递通过第一和第二分束器的替代光学单元；

图9描绘其中辐射仅在从目标结构反射之后传递通过第一和第二分束器的光学布置；

图10是描绘针对具有不同重叠的目标的作为施加的相位偏移的函数的信号强度的典型变化的曲线图；

图11是描绘针对多个离散的所施加的相位偏移的信号强度的示例测量的曲线图；

图12是描绘包括至少一个负的所施加相位偏移和至少一个正的所施加相位偏移的信号强度的示例测量的曲线图，和最佳拟合线；

图13描绘一光学单元，所述光学单元实施共同路径干涉测量法且在共同路径回路中包括用于施加振幅和/或相位偏移的取决于偏转的光学元件；

图14描绘一光学单元，所述光学单元实施共同路径干涉测量法且在共同路径回路之后包括用于施加振幅和/或相位偏移的可变延迟器和λ/2片；

图15描绘一检测系统：所述检测系统包括被配置成接收在从目标结构反射之后的辐射的自参考干涉仪且包括用于施加振幅和/或相位偏移的可变延迟器和λ/2片；

图16描绘一检测系统，所述检测系统被配置成将多个不同的振幅和/或相位偏移施加至已经受共同路径干涉测量法的辐射；并且

图17描绘一检测系统，所述检测系统被配置成将多个不同的振幅和/或相位偏移施加至已经受由自参考干涉仪进行的干涉的辐射。

具体实施方式

本说明书披露了包含本发明的特征的一个或更多个实施例。所披露的实施例仅例示本发明。本发明的范围不限于所公开的实施例。由附加于这里的权利要求限定本发明。

描述的实施例和本说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的提及指示了所描述的实施例可以包括特定特征、结构、或特性，但每个实施例可未必包括所述特定特征、结构、或特性。此外，这些词组未必是指相同的实施例。另外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，应理解，无论是否被明确描述，结合其它实施例来实现这种特征、结构或特性都在本领域技术人员的认识范围内。

然而，在更详细地描述这些实施例之前，有益的是呈现可以供实施本发明的实施例的示例环境。

图1示意性地描绘了光刻设备LA。所述设备包括：照射系统(照射器)IL，所述照射系统被配置成调节辐射束B(例如UV辐射或DUV辐射)；支撑结构(例如掩模台)MT，所述支撑结构被构造成支撑图案形成装置(例如掩模)MA且被连接至配置成根据某些参数来准确地定位所述图案形成装置的第一定位装置PM；衬底台(例如晶片台)WT，所述衬底台被构造成保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W且被连接至配置成根据某些参数来准确地定位所述衬底的第二定位装置PW；和投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，所述投影系统被配置成将由图案形成装置MA赋予至辐射束B的图案投影至衬底W的目标部分C(例如包括一个或更多个管芯)上。

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部件，诸如折射式、反射式、磁性式、电磁式、静电式或其它类型的光学部件或其任何组合。

支撑结构支撑图案形成装置，即，承载所述图案形成装置的重量。支撑结构以取决于图案形成装置的方向、光刻设备的设计和其它条件(诸如图案形成装置是否被保持于真空环境中)的方式来保持图案形成装置。支撑结构可以使用机械式、真空式、静电式或其它夹持技术来保持图案形成装置。支撑结构可以是例如框架或台，其可以根据需要而是固定的或可移动的。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。可以认为本文对术语“掩模版”或“掩模”的任何使用都与更上位的术语“图案形成装置”同义。

本文使用的术语“图案形成装置”应被广泛地解释为是指可以用以在辐射束的横截面中向辐射束赋予图案以便在衬底的目标部分中产生图案的任何装置。应注意，例如，如果被赋予至辐射束的图案包括相移特征或所谓的辅助特征，则所述图案可能不确切地对应于衬底的目标部分中的期望的图案。通常，被赋予至辐射束的图案将对应于目标部分中创建的器件(诸如集成电路)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，和可编程LCD面板。掩模在光刻中是众所周知的，并且包括诸如二元、交替相移和衰减相移之类的掩模类型，和各种混合式掩模类型。可编程反射镜阵列的示例使用小反射镜的矩阵布置，所述小反射镜中的每个小反射镜可以分别地倾斜，以便使入射辐射束在不同方向上反射。被倾斜的反射镜在由反射镜矩阵反射的辐射束中赋予图案。

本文中使用的术语“投影系统”应被广泛地解释为涵盖适于使用的曝光辐射或适于诸如浸没液体使用或真空使用之类的其它因素的各种类型的投影系统，包括折射式、反射式、反射折射式、磁性式、电磁式和静电式光学系统或其任何组合。可以认为本发明中对术语“投影透镜”的任何使用都与更上位的术语“投影系统”同义。

在这个实施例中，例如，设备是透射类型(例如使用透射式掩模)。替代地，设备可以是反射类型(例如使用如上文提及的类型的可编程反射镜阵列，或使用反射式掩模)。

光刻设备可以是具有两个(双平台)或更多个衬底台和例如两个或更多个掩模台的类型。在这些“多平台”机器中，可以并行地使用额外的台，或可以对一个或更多个台进行预备步骤，同时将一个或更多个其它台用于曝光。

光刻设备也可以是如下类型：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，以便填充介于投影系统与衬底之间的空间。也可以将浸没液体施加至光刻设备中的其它空间，例如介于掩模与投影系统之间的空间。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。本发明中使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底之类的结构必须浸没于液体中，而是仅意味着液体在曝光期间位于投影系统与衬底之间。

参考图1，照射器IL从辐射源SO接收辐射束。例如，当源是准分子激光器时，源和光刻设备可以是单独的实体。在这些情况下，不认为源形成光刻设备的一部分，并且辐射束是凭借包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD而从源SO传递至照射器IL。在其它情况下，例如，当源为汞灯时，源可以是光刻设备的组成部分。源SO和照射器IL连同束传递系统BD在需要时可以被称作辐射系统。

照射器IL可以包括用于调整辐射束的角度强度分布的调整器AD。通常，可以调整照射器的光瞳平面中的强度分布的至少外部径向范围和/或内部径向范围(其通常分别被称作σ外部和σ内部)。另外，照射器IL可以包括各种其它部件，诸如积分器IN和聚光器CO。照射器可以用以调节辐射束，以在其横截面中具有期望的均一性和强度分布。

辐射束B入射到被保持在支撑结构(例如掩模台MT)上的图案形成装置(例如掩模MA)上，并且由所述图案形成装置图案化。在已跨越掩模MA的情况下，辐射束B传递通过投影系统PS，投影系统PS将所述束聚焦至衬底W的目标部分C上。凭借第二定位装置PW和位置传感器IF(例如干涉测量装置、线性编码器、2D编码器或电容式传感器)，可以准确地移动衬底台WT，例如以便使不同的目标部分C定位在辐射束B的路径中。类似地，第一定位装置PM和另一位置传感器(其在图1中未明确地描绘)可以用以例如在从掩模库机械获取之后或在扫描期间相对于辐射束B的路径来准确地定位掩模MA。通常，可以凭借形成第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)来实现掩模台MT的移动。类似地，可以使用形成第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现衬底台WT的移动。在步进器(与扫描仪相对)的情况下，掩模台MT可以仅连接至短行程致动器，或可以是固定的。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准掩模MA和衬底W。尽管如所图示的衬底对准标记占据专用的目标部分，但所述衬底对准标记可以位于目标部分之间的空间中(这些标记被称为划线对准标记)。类似地，在多于一个管芯被设置在掩模MA上的情形下，掩模对准标记可以位于所述管芯之间。

描绘的设备可以用于以下模式中的至少一个模式中：

1.在步进模式中，在将被赋予至辐射束的整个图案一次性投影至目标部分C上时，使掩模台MT和衬底台WT保持基本上静止(即，单次静态曝光)。接着，使衬底台WT在X和/或Y方向上移位，使得可以曝光不同目标部分C。在步进模式中，曝光场的最大大小限制了单次静态曝光中成像的目标部分C的大小。

2.在扫描模式中，在将被赋予至辐射束的图案投影至目标部分C上时，同步地扫描掩模台MT和衬底台WT(即，单次动态曝光)。可以通过投影系统PS的放大率(缩小率)和图像反转特性来确定衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向。在扫描模式中，曝光场的最大大小限制了单次动态曝光中的目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度确定目标部分的高度(在扫描方向上)。

3.在另一模式中，在将被赋予至辐射束的图案投影至目标部分C上时，使掩模台MT保持基本上静止，从而保持可编程图案形成装置，并且移动或扫描衬底台WT。这种模式中，通常使用脉冲式辐射源，并且在衬底台WT的每次移动之后或在扫描期间连续的辐射脉冲之间根据需要而更新可编程图案形成装置。这种操作模式可能易于应用于利用可编程图案形成装置(诸如上文提及的类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻。

也可以使用上文描述的使用模式的组合和/或变型，或完全不同的使用模式。

如图2中示出的，光刻设备LA形成光刻单元LC(有时也被称作光刻元或簇)的一部分，光刻单元LC也包括用以对衬底执行曝光前过程和曝光后过程的设备。通常，这些设备包括用以沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用以显影曝光后的抗蚀剂的显影器DE、激冷板CH和焙烤板BK。衬底搬运装置或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底、在不同的过程设备之间移动衬底，并且接着将衬底传递至光刻设备的进料台LB。常常被统称为涂覆显影系统或轨道的这些装置处于涂覆显影系统控制单元TCU的控制下，涂覆显影系统控制单元TCU自身受到管理控制系统SCS的控制，管理控制系统SCS也经由光刻控制单元LACU来控制光刻设备。因而，不同的设备可以被操作以最大化生产量/吞吐量和处理效率。

为了正确地且一致地曝光由光刻设备曝光的衬底，需要检查曝光后的衬底以测量属性，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。如果检测到误差，则例如可对后续衬底的曝光进行调整，尤其在如果检查可以足够迅速地且快速地进行而使得同一批次的其它衬底仍待曝光的情况下。此外，已曝光的衬底可以被剥离和返工以改善良率或可能被舍弃，由此避免对已知有缺陷的衬底执行曝光。在衬底的仅一些目标部分有缺陷的情况下，可以仅对被认为无缺陷的那些目标部分执行进一步的曝光。

量测设备被用以确定衬底属性，并且尤其是确定不同的衬底或同一衬底的不同层的属性如何在层与层之间变化。量测设备可以被集成至光刻设备LA或光刻单元LC中，或可以是单独的装置。为了能够实现最快速的测量，期望量测设备紧接在曝光之后测量曝光后的抗蚀剂层中的属性。然而，抗蚀剂中的潜像具有非常低的对比度，这是因为在已曝光至辐射的抗蚀剂部分与尚未曝光至辐射的抗蚀剂部分之间仅存在非常小的折射率差且并非所有量测设备都具有足够的灵敏度来进行潜像的有用测量。因此，可以在曝光后焙烤步骤(PEB)之后进行测量，曝光后焙烤步骤(PEB)通常是对曝光后的衬底执行的第一步骤且增大了在抗蚀剂的曝光后的部分与未曝光的部分之间的对比度。在这个阶段，抗蚀剂中的图像可以被称作半潜像(semi-latent)。也可以对显影后的抗蚀剂图像进行测量，这时，抗蚀剂的曝光后的部分或未曝光的部分已被移除，或在诸如蚀刻之类的图案转印步骤之后对显影后的抗蚀剂图像进行测量。后者可能性限制了对有缺陷的衬底进行返工的可能性，但仍可以提供有用的信息。

图3(a)示出量测设备。图3(b)中更详细地图示目标T和用以照射所述目标的测量辐射的衍射射线。所图示的量测设备是被称为暗场量测设备的类型。量测设备可以是单独的装置，或被合并入例如测量站处的光刻设备LA中、或被合并入光刻单元LC中。由虚线O表示具有贯穿所述设备的若干支路的光轴。在这种设备中，由源11(例如氙气灯)发射的光由包括透镜12、14和物镜16的光学系统经由分束器15引导至衬底W上。这些透镜被布置呈4F布置的双重序列。可以使用不同的透镜布置，假设该透镜布置仍将衬底图像提供至检测器上，并且同时允许进入中间光瞳平面以用于空间频率滤光。因此，可以通过限定在呈现衬底平面的空间光谱的平面(这里被称作(共轭)光瞳平面)中的空间强度分布，来选择辐射入射在衬底上的角度范围。具体地，可以通过在作为物镜光瞳平面的背向投影式图像的平面中在透镜12与14之间插入合适形式的孔板13来进行这种选择。在所图示的示例中，孔板13具有不同形式，被标注为13N和13S，从而允许选择不同的照射模式。图3示例中的照射系统形成离轴照射模式。在第一照射模式中，孔板13N提供从仅为了便于描述起见被指明为“北”的方向的离轴。在第二照射模式中，孔板13S用以提供类似的、但来自被标注为“南”的相反的方向的照射。其余光瞳平面理想地是暗的，这是因为期望的照射模式外部的任何不必要的光将干涉期望的测量信号。在其它实施例中，如下文参考图4至图8论述的，可以使用不同形式的孔板13，诸如被标注为13H的孔板。

如图3(b)中所示，目标T被放置成使得衬底W垂直于物镜16的光轴O。衬底W可以由支撑件(图中未示出)支撑。与轴线O成角度而照射在目标T上的测量辐射的射线I引起一个零阶射线(实线0)和两个一阶射线(点划线+1和双点划线-1)。应记住，在利用被过填充的小目标的情况下，这些射线仅仅是覆盖衬底的包括量测目标T和其它特征在内的区域的许多平行射线中的一条射线。由于板13中的孔阑具有有限的宽度(是接纳有用量的光所必需的)，因此入射射线I实际上将占据一定角度范围，并且衍射射线0和+1/-1将稍微散开。根据小目标的点扩散函数或点散布函数，每个阶+1和-1将在一定角度范围上进一步分散，而非如示出的单条理想射线。应注意，目标的光栅的间距和照射角度可以被设计或被调整成使得进入物镜的一阶射线与中心光轴接近地对准。图3(a)和图3(b)所图示的射线被示出为稍微离轴，以纯粹地使它们能够在图中被更容易地被区分。

在图3的示例中，由衬底W上的目标T衍射的至少0阶和+1阶被物镜16收集且被往回引导通过分束器15。返回到图3(a)，通过指定被标注为北(N)和南(S)的完全相反的孔阑来图示第一照射模式和第二照射模式两者。当测量辐射的入射射线I来自光轴的北侧时(即，当使用孔板13N来应用第一照射模式时)，则被标注为+1(N)的+1衍射射线进入物镜16。与此对比，当使用孔板13S来应用第二照射模式时，则-1衍射射线(被标注为-1(S))是进入所述透镜16的衍射射线。

第二分束器17将衍射束划分成两个测量支路。在第一测量支路中，光学系统18使用零阶衍射束和一阶衍射束而在第一传感器19(例如CCD或CMOS传感器)上形成目标的衍射光谱(光瞳平面图像)。每个衍射阶撞击/击中传感器上的不同点，使得图像处理可以比较和对比多个阶。由传感器19捕获的光瞳平面图像可以用于聚焦所述量测设备和/或对一阶束的强度测量结果进行归一化。也可以出于诸如重构之类的多种测量目的来使用所述光瞳平面图像。

在第二测量支路中，光学系统20、22在传感器23(例如CCD或CMOS传感器)上形成目标T的图像。在第二测量支路中，在与光瞳平面共轭的平面中设置孔径光阑21。孔径光阑21用以阻挡零阶衍射束，使得形成于传感器23上的目标的图像是仅由-1或+1阶束形成。由传感器19和23捕获的图像被输出至处理图像的处理器PU，所述处理器的功能将取决于正被执行的测量的特定类型。应注意，这里在广义上使用术语“图像”。如此，如果存在-1阶和+1阶中的仅一个阶，则将不形成光栅线的图像。

图3中示出的孔板13和场阑21的特定形式纯粹是示例。在本发明的另一实施例中，使用了目标的同轴照射，并且具有离轴孔阑的孔径光阑被用以将实质上仅一个一阶的衍射光传递至传感器。在另外的其它实施例中，代替一阶束或除了一阶束以外，也在测量中使用二阶束、三阶束和较高阶束(图3中未图示)。

为了使测量辐射能够适应于这些不同类型的测量，孔板13可以包括围绕圆盘而形成的一定数目的孔阑图案，所述圆盘旋转以使期望的图案处于适当的位置。应注意，孔板13N或13S可以仅用以测量在一个方向(取决于设置，该方向是X或Y方向)上定向的光栅。为了测量正交光栅，可能实施达90°和270°的目标旋转。

图3(c)描绘根据已知的实践形成在衬底上的(复合)目标。这种示例中的目标包括四个光栅25a至25d，所述四个光栅接近地定位在一起使得它们将都在由量测设备的量测辐射照射束所形成的测量场景或测量斑24内。所述四个光栅因而都被同时地照射且被同时地成像在传感器19和23上。在专用于对于重叠的测量的示例中，光栅25a至25d自身是由在形成于衬底W上的半导体器件的不同层中被图案化的重叠光栅形成的复合光栅。光栅25a至25d可以具有以不同的方式偏置的重叠偏移(即，层之间的故意失配)，以便促进对于在形成有复合光栅的不同部分的层之间的重叠的测量。这样的技术对本领域技术人员来说是众所周知的，并且将不对它们进行进一步描述。光栅25a至25d也可以在它们的取向/定向方面有所不同(如示出的)，以便使入射辐射在X方向和Y方向上衍射。在一个示例中，光栅25a和25c是分别具有+d、-d偏置的X方向光栅。光栅25b和25d是分别具有偏移+d和-d的Y方向光栅。可以在由传感器23捕获的图像中识别这些光栅的单独的图像。这仅是目标的一个示例。目标可以包括多于或少于四个光栅，或仅单个光栅。

图3(d)示出通过在图3(a)的设备中使用图3(c)的目标而可形成在传感器23上且由传感器23检测到的图像的示例。虽然光瞳平面图像传感器19不能分辨不同的个别光栅25a至25d，但图像传感器23可以分辨不同的个别光栅25a至25d。暗矩形表示传感器上的图像场，在所述场内，衬底上的照射斑24成像至对应的圆形区域26中。在所述场内，矩形区域27a至27d表示小目标光栅25a至25d的图像。如果目标位于产品区域中，则这个图像场的周边中也可以看见产品特征。图像处理器和控制器PU使用图案识别来处理这些图像以识别光栅25a至25d的单独的图像27a至27d。以这种方式，图像并不必须在传感器的框架内的特定部位处非常精确地对准，这种情形极大地改善了所述测量设备的整体的吞吐量/处理量。

一旦已识别出光栅的单独的图像，就可以例如通过对被识别的区域内的所选择的像素强度值进行平均化或求和，来测量那些单个图像的强度。可以将所述图像的强度和/或其它属性相互进行比较。可以组合这些结果以测量光刻过程的不同参数。重叠性能是这种参数的重要示例。

如本说明书的背景技术中提及的，对于目标结构中的重叠和其它不对称性的测量当结构处于待制造的器件特征的分辨率时是困难的。这是因为难以捕获高于零阶衍射的辐射。例如，在图3(a)-(d)中描绘的类型的布置中，+1衍射阶和-1衍射阶中的任一衍射阶或两个衍射阶的反射角对于这两个衍射阶来说变得过高以至于不能由物镜16捕获到或这些衍射阶变得逐渐消失(非传播性的)。

目标不对称性对于零阶反射束(即镜面反射束)作出贡献，尽管贡献极其小。物镜16相对容易地捕获到零阶反射束。干涉测量法可以用来以高灵敏度测量对零阶反射束的不对称性贡献，以及测量其它感兴趣的参数。在下文描述基于这种原理的实施例。

根据实施例，设置一种用于测量由光刻过程形成在衬底上的结构的量测设备。在实施例中，在仅提供第一测量支路(其中检测器被放置在光瞳平面中)的情况下，所述量测设备大致类似于图3的量测设备。然而，检测没有必要发生光瞳平面中。在其它实施例中，将检测器放置在图像平面中，或放置在介于图像平面与光瞳平面之间的平面中。量测设备包括光学系统(下文参考图4和图5描述的)，所述光学系统将辐射聚焦至结构上且在反射之后将辐射引导至检测系统102(经由箭头100)。下文参考图13至图17给出关于示例检测系统102的另外的细节。所述光学系统被配置成使得检测系统102检测由来自光瞳平面场分布中的至少两个不同点的辐射之间的干涉引起的辐射强度。所述干涉使得检测到的辐射强度的包含关于感兴趣的参数的信息的分量相对于检测到的辐射强度的一个或更多个其它分量被增强(由于与所述一个或更多个其它分量相对应的辐射的至少部分相消干涉)。所述光学系统可以引入所述光瞳平面场分布中的不同点之间的所需空间相干性，因此，可以使用非相干的辐射源来实施功能。在实施例中，检测到的辐射强度由来自所述结构的零阶反射产生。因此，所述方法适合于测量高分辨率特征(例如处于待制造的器件结构的分辨率的特征)。

参考图4至图7、图13、图14和图16所论述的实施例，通过使用共同路径干涉测量法的形式来实施上述功能，其中由分束器分裂的光在第二次传递通过所述分束器之后然后被干涉之前在不同的指向上遵循共同路径。这些实施例中的感兴趣的参数是重叠，但原理可以应用于其它感兴趣的参数。

图4描绘了所述量测设备的用于将输入辐射束34提供至光学单元40(在图5至图7中示出)的光学元件。源11(例如光纤的输出端)提供辐射束，所述辐射束被传递通过包括透镜12、14A和14B的透镜系统。透镜12、14A和14B对应于图3中示出的透镜12和14。类似于图3的透镜12和14，所述透镜12、14A和14B可被布置呈4F布置的双重序列。其中形成有光瞳平面场分布的光瞳平面被标注为32。其中形成有所述源(例如光纤的端部)的图像的图像平面被标注为35。孔板13设置在光瞳平面32中。孔板13可以采取由例如插图13H描绘的形式(从上方观察)。孔板13将期望的光瞳平面场分布赋予到提供至分束器48的输入辐射34，并且将在下文对其进一步详细地描述。输入辐射34可以可选地由偏振器偏振(例如线性偏振)。

如图6、图7、图13和图14中描绘的，在实施例中，光学单元40包括分束器48。分束器48将输入辐射束34分裂成第一辐射束和第二辐射束。所述光学单元40是将第一辐射束和第二辐射束引导至衬底W上且将来自衬底W的反射辐射经由分束器48(经由箭头100)引导至检测系统102(其可以包括例如一个或更多个CCD或CMOS传感器)的光学系统(图5中所描绘)的一部分。检测系统102可以在光瞳平面中进行检测。检测系统102因而可以记录在从衬底W反射之后的第一辐射束和第二辐射束的组合的在光瞳平面场分布中的强度。如将在下文进一步详细地描述的，所述检测系统102检测由第一辐射束与第二辐射束之间的干涉引起的辐射。在实施例中，所述干涉使得第一辐射束与第二辐射束在检测点处针对从目标结构的对称部件反射比针对从目标结构的不对称部件反射以更相干的方式(例如以完全相干的方式)进行干涉。由此移除或减少不包含关于目标结构中的不对称性的信息的背景信号。包含关于目标结构中的不对称性的信息的信号的部分被保留。由此增大了可以测量所述不对称性的灵敏度。第一辐射束与第二辐射束之间的干涉包括光瞳平面场分布中的不同点之间的干涉。在这些实施例中，光瞳平面场分布中的将要彼此干涉的多对点围绕共同的对称点(针对点对称)或共同的对称轴(针对镜像对称)而对称地布置。当光瞳平面场分布围绕共同的对称点或对称轴完美地对称时，所述多对点具有相同的振幅且可以通过在它们之间施加180度的相移而进行相消干涉。能够因而有效地移除对称的背景信号，并且能够以高灵敏度来检测与对称性的任何偏差。下文描述的图6描绘了光瞳平面场分布中的不同点被以镜像对称的方式干涉的示例。下文描述的图7描绘了光瞳平面场分布中的不同点被以点对称的方式干涉的示例。

在实施例中，到达检测器的被反射的第一辐射束和被反射的第二辐射束由来自衬底W上的目标结构的零阶反射产生。因此，所述方法适合于测量高分辨率特征(例如处于待制造的器件结构的分辨率的特征)。

在图4至图7、图13、图14和图16的实施例中，光学系统60使得第一辐射束与第二辐射束围绕包括第一支路61和第二支路62的共同的光学路径在相反的方向上传播。在示出的实施例中，第一支路61和第二支路62具有共同的光学元件(例如透镜42A、42B和44)，但所述辐射在每个支路中传播通过这些共同的光学元件的不同部分。共同的光学路径在第一辐射束的光学轨迹与第二辐射束的光学轨迹可以彼此叠加(在工程公差或工程容许度内)的意义上是共同的。在共同的光学路径中，第一辐射束的光学轨迹与第二辐射束的光学轨迹之间的唯一差异是：第一辐射束与第二辐射束在相反的方向上行进。所述共同的光学路径是闭合的光学路径。第一辐射束沿第一支路61(在示出的示例中向下)从分束器48传播至衬底W且沿第二支路62(在示出的示例中向上)从衬底W传播回到分束器48。第二辐射束沿第二支路62(在示出的示例中向下)从分束器48传播至衬底W且沿第一支路61(在示出的示例中向上)从衬底W传播回到分束器48。第一辐射束和第二辐射束被聚焦至衬底上的同一部位上，从而在衬底W上形成图像(例如源11的图像)。相对于第二辐射束向第一辐射束施加相移以增加在检测器38处第一辐射束与第二辐射束之间的相消干涉(相对于不施加相移的情况)。在实施例中，相对于第二辐射束的整个横截面向第一辐射束的整个横截面均一地施加相移。在实施例的一个特定类别中，相移等于180度。相移使得检测到的辐射强度的包含关于感兴趣的参数(例如重叠)的信息的分量相对于检测到的辐射强度的一个或更多个其它分量通过干涉而被增强。

由于第一辐射束与第二辐射束的具有共同的光学路径，如果第一辐射束与第二辐射束发生反射处的目标结构是完全对称的(例如点对称或镜像对称)，则在具有180度的被施加的相位差的情况下，在检测系统102处针对光瞳平面场分布中的所有点可以实现完全相消干涉。由于例如重叠，目标结构中的任何不对称性将引起不完全相消干涉。不完全相消干涉会在检测系统102处提供可以用以获得不对称性的量度的信号。干涉测量法因而移除不想要的背景信号并且改善可以测量不对称性的灵敏度。

可以移除背景的程度将取决于诸如分束器48之类的光学元件的对准精度和/或光学缺陷。不完美对准将导致条纹(由于从第一辐射束和第二辐射束反射的束并不确切地彼此叠置或并不在确切的同一方向上传播)。不完美光学器件例如在若所述分束器48不提供确切的50/50束分裂的情况下将导致不完全的背景抑制。

在图5的示例中，第一辐射束和第二辐射束两者由透镜42A、42B和44聚焦至衬底W上。透镜42A与42B之间的图像平面被标注为34。衬底W也定位在图像平面中。透镜42B与44之间的光瞳平面被标注为32。来自第一辐射束和第二辐射束的反射辐射在经由透镜18A和18B第二次传递通过分束器48之后被引导至检测器38。透镜18A与18B之间的图像平面被标注为34。

在实施例中，第一辐射束和第二辐射束被对称地引导至衬底W上。对称性可能导致在第一辐射束和第二辐射束从衬底W反射之前所述第一辐射束的光瞳平面场分布相对于所述第二辐射束的光瞳平面场分布(其在与第一辐射束的光瞳平面场分布相同的平面中)是镜像对称的或点对称的。光学系统执行在第一支路或第二支路中传播的辐射的光瞳平面场分布的至少一次翻转或旋转，使得来自第一辐射束的图像和来自第二辐射束的图像分别由具有相对于彼此镜像对称或点对称的光瞳平面场分布的辐射形成。

在图6的示例中，使在第一支路中传播的辐射的光瞳平面场分布发生翻转(反射)，使得来自第一辐射束的图像和来自第二辐射束的图像分别由具有相对于彼此镜像对称的光瞳平面场分布的辐射形成。在这种类型的实施例中，可以提供光学路径长度补偿器50以补偿由光瞳平面场分布的翻转引入的额外的光学路径长度。在图6的特定示例中，通过第一支路61中的光瞳平面场分布修改单元46使光瞳平面发生翻转。光学路径长度补偿器50接着定位在第二支路62中。

可以用各种方式实施光瞳平面场分布修改单元46。在示出的配置中，可以使用实现改变所述辐射束的方向(从水平至向下)且使光瞳平面场分布发生翻转的期望功能的光学元件的任何组合。可以例如使用两个合适地定向的反射镜或五棱镜来实施所述功能。

可以用各种方式来实施光学路径长度补偿器50。可以使用实现针对第一辐射束与第二辐射束来说使从分束器48至衬底W上的目标结构的光学路径长度相同(通过补偿穿过光瞳平面场分布修改单元46的迂回路)的期望功能的光学元件的任何组合。这是为确保目标结构在图像平面中且因此焦点对准(从而允许对目标结构的最佳测量)所必需的。在图6的特定示例中，光学路径长度补偿器50包括四个反射镜。光学路径长度补偿器50可替代地使用直角棱镜、或直角棱镜与反射镜的组合来实施。光学路径长度补偿器50长度可以是固定的(例如完美地匹配至光瞳平面场分布修改单元46)或可调的(出于灵活性起见)。原则上，可以使用玻璃板(由于高折射率)。

图7描绘将第一辐射束与第二辐射束对称地引导至衬底W上的替代实施方案。与实现镜像对称性的图6的实施例形成对比，图7的布置导致在第一辐射束和第二辐射束从衬底W反射之前所述第一辐射束的光瞳平面场分布相对于所述第二辐射束的光瞳平面场分布是点对称的。在图7示例中，这是通过修改图6的布置以在第一支路61中添加额外的翻转(镜面反射)来实现的。在示出的示例中，通过道威棱镜(dove prism)80实施所述额外的翻转。在替代实施例中，使用例如屋脊阿米西棱镜(Amici prism)来替代光学路径长度补偿器50的反射镜中的一个反射镜来实施额外的翻转。替代地，在第二支路62中提供额外的翻转。替代地，可以通过例如通过在所述支路中的一个支路中实施-90度旋转且在另一支路中实施+90度旋转来使光瞳平面场分布发生旋转，实现了所述效应。点对称性是期望的，这是因为其对应于已从相反的方向上与目标相互作用的干涉光束。这对于被对准的光栅目标可能并非是必需的，其中目标自身的对称性意味着光瞳平面场分布中的镜像对称性可能是充分的。然而，当重叠目标未对准时、或当需要测量产品特征时，可能有必要使用诸如图7的实施例之类的实施例来确保光瞳平面场分布是点对称的。

可以用各种方式来实施分束器48。在示出的示例中，使用板分束器。在其它实施例中，使用立方体分束器或薄膜分束器。为了最大化的相消干涉，50/50分束器是优选的。

当仅测量不对称性(诸如仅测量重叠)时，通常将使用180度的相移。然而，使用另一相移将意味着背景信号的不完全抑制。这在需要从背景信号获得信息的情况下可能是有益的。例如，可以获得关于目标的对称属性的信息(例如临界尺寸)。在实施例中，量测设备被配置成使得相移是选择性地可控的。因此，可以根据需要调节背景的水平/高度，或可以在主要对于不对称属性敏感的模式与主要对于对称属性敏感的模式之间切换测量。在实施例中，相移被布置成至少暂时接近于180度但并不确切为180度(例如180度加或减1度、可选地180度加或减2度、可选地180度加或减5度、可选地180度加或减10度、可选地180度加或减20度)。可以通过对例如分束器48的合适的调适来实施对于相移的控制。

替代地或另外，可以通过提供设备以选择性地移除分束器48或利用不同部件(诸如双面反射镜)选择性地替换分束器，来实现对称属性的测量。替代地或另外，分束器48可以被配置为具有不同于50/50的分束比(这种将导致相对于目标结构的对称部件而言的不完全相消干涉)。

在图6和图7的实施例中，被反射的第一辐射束与被反射的第二辐射束之间的180度相移是通过所述两个束被反射或透射通过分束器的不同方式来提供的。在示出的特定示例中，第一辐射束是通过从分束器48的一侧(左侧)的反射来输出的，并且在围绕共同的光学路径传播之后通过从分束器48的相对侧(右侧)的反射而引导至检测器38。这涉及两次反射(一次在内部且一次在外部)。与此对比，第二辐射束是通过透射穿过分束器48来输出的，并且在围绕共同的光学路径传播之后通过第二次透射穿过分束器48而引导至检测器38。因而，如果光学路径长度相同，则通过从分束器一次外部反射引入的180度相移提供两个辐射束之间的期望的180度相移。

在实施例中，至分束器48的输入辐射34包括光瞳平面场分布，其中所述光瞳平面场分布的第一区已被移除从而仅留下所述光瞳平面场分布的第二区。在图4至图7、图13、图14和图16的实施例中，由孔板13H移除第一区。在实施例中，第一区与第二区是相对地定向的半圆。这种方法是期望的，这是因为其允许最大比例的辐射对衬底W的对称照射做出贡献。完整的圆形光瞳平面场分布被设置于透镜44处。一半由第一辐射束提供且另一半由第二辐射束提供。在这种类型的实施例中，光瞳平面场分布的翻转可以包括：围绕光瞳平面的第一区的半圆的直边而发生的反射(图6)，和/或围绕光瞳平面的第一区的半圆的镜像对称的线而发生的反射(图7)。

图6描绘在输入辐射34至光学单元40的输入与在从衬底W反射之后的辐射束从光学单元40的输出之间的光学路径中的各个点处的光瞳平面场分布。输入辐射34在进入光学单元40时的光瞳平面场分布被标注为70(如从上方观察)。箭头指示辐射的传播方向(这种情况下向下)。图中提供圆形、正方形和三角形(它们并不存在于实际光瞳平面场分布中)以识别光瞳平面场分布的参考部分，以便促进通过所述图中的光学系统对于所述光瞳平面场分布的取向进行的视觉追踪。

如以上描述的，输入辐射34由分束器分裂成第一辐射束和第二辐射束。

第一辐射束遵循第一支路61且在向下离开光学单元40之前传递通过光瞳平面场分布修改单元46。这个阶段的光瞳平面场分布(如从上方观察)被标注为71A。如可以看到的，光瞳平面场分布71A是光瞳平面场分布70的镜像。镜像对称的轴是半圆的直边。第一辐射束传递通过介于光学单元40与衬底W之间的光学器件(第一支路61的其余部分)以在衬底W上形成图像。第一辐射束接着从衬底W反射且沿第二支路62向上传播。被反射的第一辐射束传递通过介于衬底W与光学单元40之间的光学器件。被反射的第一辐射束在进入光学单元时的光瞳平面场分布被标注为71B(从上方观察)。介于光学单元40与衬底W之间的光学器件导致光瞳平面场分布71A以点对称的方式重新布置从而提供光瞳平面场分布71B。被反射的第一辐射束向上传递通过光学路径长度补偿器50且在从分束器48反射之后从光学单元40输出。这个阶段的光瞳平面场分布(从左侧水平地观察)被标注为71C。

第二辐射束围绕共同的光学路径在与第一辐射束相对的指向上传播。在透射通过分束器48并且传播通过光学路径长度补偿器50之后的第二辐射束的光瞳平面场分布被标注为72A(从上方观察)。光瞳平面场分布72A与光瞳平面场分布70相同。第二辐射束传递通过介于光学单元40与衬底W之间的光学器件(第二支路62的其余部分)以在衬底W上形成图像。第二辐射束接着从衬底W反射且沿第一支路61向上传播。被反射的第二辐射束传递通过介于衬底W与光学单元40之间的光学器件。被反射的第二辐射束在进入光学单元40时的光瞳平面场分布被标注为72B(从上方观察)。介于光学单元40与衬底W之间的光学器件导致光瞳平面场分布72A以点对称的方式重新布置从而提供光瞳平面场分布72B。被反射的第二辐射束传递通过光瞳平面场分布修改单元46，并且在第二次透射通过分束器48之后从光学单元40输出。这个阶段的光瞳平面场分布(从左侧水平地观察)被标注为72C。

图7描绘在与图6相同的点处的光瞳平面场分布。上文论述的额外的翻转导致光瞳平面场分布71A相对于光瞳平面场分布72A而言是点对称的，而非镜像对称的。

光瞳平面场分布71C和72C具有相同的方向且确切地彼此叠置(在工程容许度或工程公差内)。这导致源自在由图6和图7中的71B和72B的组合所限定的光瞳平面场分布中相对于彼此镜像对称或点对称的多对点的辐射发生干涉。可以接着在检测系统102处检测对应的辐射强度。在图6和图7的示意性图示中，71B与72B的两个三角形将进行干涉、71B与72B的两个正方形将进行干涉，并且71B与72B的两个圆形将进行干涉。如果光瞳平面场分布71B与72B彼此确切相同(因为目标结构尚未诱发任何不对称性)，则相消干涉将导致整个光瞳平面场分布为暗的。因为半光瞳的两个副本在空间上叠置，所以具有贯穿所述光瞳的空间相干性并非是必需的。如上文论述的，光瞳平面场分布中的任何不对称性将引起不完全相消干涉且由此提供亮区。亮区可由检测系统102检测且提供关于目标结构中的不对称性的信息。

在替代实施例中，设置一种量测设备，所述量测设备使用光学光瞳对称化(OPS)系统以提供对来自目标结构的对称部件的反射的相消干涉和对来自目标结构的不对称部件(诸如重叠)的反射的相长干涉。在WO2016/096310A1中提供如何实施OPS系统的细节，所述专利申请的全文由此通过引用并入。

在实施例中，提供如以上参考图4至图5描述的量测设备，其例外之处在于，图4的配置可能不包括用于将光瞳场分布的第一区进行移除的孔板13H且光学单元40如图8示出那样被配置。图8的光学单元40包括OPS系统。光学单元40包括将辐射束34分裂成第一辐射束和第二辐射束的第一分束器83。光学单元40还包括重组第一辐射束与第二辐射束的第二分束器84。第一辐射束沿介于第一分束器83与第二分束器84之间的第一光学支路81传播。第二辐射束沿第一分束器83与第二分束器84之间的第二光学支路82传播。第一光学支路81和第二光学支路82使第一辐射束的场分布相对于第二辐射束的场分布围绕两个正交轴线翻转或旋转。在图8的示例中，在第一支路81中使用第一道威棱镜85使第一辐射束围绕第一轴线翻转。在第二支路82中使用第二道威棱镜86使第二辐射束围绕垂直于第一轴线的第二轴线翻转。在替代实施方案中，设置使第一辐射束在第一支路中旋转-90度且使第二辐射束在第二支路中旋转+90度的光学元件。沿第一光学支路81的光学路径长度等于沿第二光学支路82的光学路径长度。

辐射束在从目标结构反射(经由光学系统60，其可以例如如图5中示出的那样被配置)之前传递通过第一分束器83和第二分束器84。聚焦至结构上的辐射束的光瞳平面场分布是点对称的。辐射束接着另外在从目标结构反射(在相反的方向上)之后传递通过第一分束器83和第二分束器84。这导致来自第一分束器83的第一输出87是通过第一辐射束与第二辐射束相消地干涉来自目标结构的对称部件的反射且相长地干涉来自目标结构的不对称部件的反射而形成的。第一输出87因此使得检测到的辐射强度的包含关于感兴趣的参数(例如重叠)的信息的分量相对于一个或更多个其它分量(例如对称分量)被增强。

辐射可以经由四个不同的路线传播通过图8的OPS系统：1)经由第一光学支路81传播至目标结构且经由第二光学支路82传播回到第一分束器83；2)经由第二光学支路82传播至目标结构且经由第一光学支路81传播回到第一分束器83；3)经由第一光学支路81传播至目标结构且经由第一光学支路82传播回到第一分束器83；和4)经由第二光学支路82传播至目标结构且经由第二光学支路82传播回到第一分束器83。一起考虑的路线1和路线2类似于参考图4至图7论述的共同路径干涉测量实施例。一起考虑的路线3和路线4类似于双马赫-曾德尔(Mach Zehnder)干涉仪。两对路线提供关于从目标结构的对称部件的反射而言的180度的相位差，由此导致相消干涉。不对称部件可以进行相长地干涉且由此对经由第一输出87检测到的信号做出贡献。

图9描绘其中图8的OPS系统被定位使得辐射束仅在从目标结构反射之后(而不在从目标结构反射之前)传递通过的替代实施例。在这种类型的实施例中，可以提供其它布置以将空间相干性引入到入射在结构上的辐射中，和/或源11可以被配置成输出空间上相干的辐射。这种情况下所述量测设备可以是如以上参考图4至图5描述的，其例外之处在于：图4的配置可能不包括用于将光瞳场分布的第一区移除的孔板13H，图5中的光学单元40包括单个分束器，以及图9的OPS系统被设置在图5中示出的透镜18B之后。在这种实施例中，第一检测器38A检测来自第二分束器84的第一输出87的辐射输出。第二检测器38B检测来自第二分束器84的第二输出88的辐射输出。这种情况下OPS系统根据马赫-曾德尔干涉仪的原理进行操作。当第一光学支路81与第二光学支路82中的路径长度相等时，第一输出87由于相消干涉而将是暗的，且第二输出88由于相长干涉而将是亮的。如在图8的实施例中，道威棱镜85和86使第一辐射束和第二辐射的场分布翻转，使得光瞳的两个副本在它们被干涉时是点对称的。在第一检测器38A中，光被相消地干涉且仅保持不对称性信号(来自从目标结构的不对称部件的反射)。这导致所检测到的辐射强度的包含关于感兴趣的参数(例如重叠)的信息的分量相对于其它分量被增强。在第二检测器38B中，光被相长地干涉。这允许第二检测器38B检测其中包含关于感兴趣的参数(例如重叠)的信息的分量相对于其它分量被抑制的辐射强度。第二检测器38B因而可以用以测量例如光瞳的对称部分。

如果以上参考图6至图9描述的干涉测量系统被完美地均衡，则测量到的辐射强度大致遵循作为目标不对称性(例如重叠)的函数的余弦曲线。余弦曲线的对称性意味着：如果仅获得强度的单个值，则检测到的不对称性的正负号是不明确的。具有第一正负号的不对称性(例如在+X方向上的重叠)的给定的量值将导致与具有相反正负号的不对称性(例如在-X方向上的重叠)的相同量值的相同的强度。用于处理这种问题的一种方法是使用具有非零的名义不对称性的量测目标，例如具有重叠偏置的量测目标。这种方法需要特别的量测目标并且是相对较不灵活的且在提供多少额外信息方面受限。在下文描述通过向辐射施加光学特性的偏移而提供有所增加的灵活性的替代方法。

在实施例中，光学系统被配置成将光学特性的多个不同的偏移施加至在从目标结构反射之前和/或之后的辐射。施加不同的偏移以使得：相对于从光瞳平面场分布的第二点导出的反射辐射，将对应的多个不同的偏移提供至从光瞳平面场分布的第一点导出的反射辐射。设置检测系统102，所述检测系统检测由从光瞳平面场分布的第一点导出的反射辐射与从光瞳平面场分布的第二点导出的反射辐射之间的干涉所引起的对应的多个辐射强度。每个辐射强度对应于所述多个不同的偏移中的不同的一个偏移。可以检测来自光瞳平面场分布中的第一点与第二点的多个不同对的反射辐射之间的干涉引起的辐射强度的集合。辐射强度的每个集合包括针对多个不同的偏移中的每个偏移的辐射强度。在实施例中，每对点围绕同一镜像对称线相对于彼此以镜像对称的方式定位，或围绕同一对称点相对于彼此以点对称的方式定位。在实施例中，在同一测量支路中在不同时间测量与多个不同的偏移对应的多个辐射强度中的至少两个辐射强度(如下文参考例如图13至图15论述的)。这种方法允许使用紧凑的设备在多个偏移下进行测量。在实施例中，在不同的测量支路中同时测量与多个不同的偏移对应的多个辐射强度中的至少两个辐射强度(如下文参考例如图16和图17论述的)。这种方法允许在多个偏移下快速进行测量。

所述方法可以应用于上文论述的实施例中的任一实施例，包括使用基于共同路径干涉测量法的架构(诸如在图6和图7中)和基于OPS的架构(诸如在图8和图9中)对来自光瞳平面场分布中的不同点的辐射进行干涉的实施例。在一个类别的实施例中，不同的偏移包括不同的相位偏移。在另一类别的实施例中，不同的偏移包括不同的振幅偏移。在又一类别的实施例中，不同的偏移包括振幅和相位偏移的组合。

如上文详细论述的，来自光瞳平面场分布中的不同点的辐射之间的干涉可能使得检测到的辐射强度的包含关于感兴趣的参数的信息的分量相对于所述检测到的辐射强度的一个或更多个其它分量被增强。本质上，所述干涉引起来自一个或更多个其它分量的贡献通过相消干涉而至少部分地抵消。在来自两个不同点的辐射之间施加相位或振幅的偏移会调整抵消发生的程度。图10描绘针对三个不同的重叠值通过干涉产生的检测到的强度I如何被预期作为施加的相位偏置θ的函数而变化。曲线111对应于零重叠，曲线112对应于正重叠，并且曲线113对应于负重叠。曲线111至113中的每条曲线采取cos(π+偏置)的形式，其中由于有限的时间相干性，存在针对较大偏置的衰减。由于目标结构中的不对称性(例如重叠)导致的相位不对称性使曲线向左或向右移位。移位的量值提供关于目标结构中的不对称性的量值的信息。移位的方向提供关于目标结构中的不对称性的正负号的信息。在示出的特定示例中，正重叠使曲线向左移位(曲线112)，并且负重叠使曲线向右移位(曲线113)。

在不同的相位偏置的情况下进行的干涉强度的多次测量使得可能对曲线进行拟合。图11示出六个这样的测量结果的示例绘图。将曲线拟合至这些点将会指示出：所述目标结构的重叠最接近地匹配于图10中的曲线112。因此可以用高精度获得目标不对称性的量值和正负号两者。与在不使用多个被施加的偏移的情况下将会可能发生的情形相比，与在理论上产生的干涉强度的相对于所施加的振幅和/或相位偏移的曲线准确地匹配的能力提供了更通常地用于确定关于正被分析的目标结构的更详细的信息的基础。

在实施例中，不同的偏移包括在第一指向上的至少一个偏移(例如相对于对干涉做出贡献的两个点中的第二点，增加来自所述两个点中的第一点辐射的振幅，或相对于所述第二点增加来自所述第一点辐射的相位角)和在与第一指向相反的第二指向上的至少一个偏移(例如相对于所述第二点，减小来自所述第一点的辐射的振幅，或相对于所述第二点，减小来自所述第一点的辐射的相位角)。在实施例中，两个偏移彼此大小相等，但正负号相反。这种方法允许在需要两个偏移的最小值的情况下准确地获得强度相对于偏移的曲线的导数。图12描绘已在点114和115处进行两次测量的示例方法。将直线116与所述两个点拟合会得到在零偏移下曲线的导数的估计值，其识别出正被测量的目标结构最接近地类似于与曲线112(即正重叠)对应的目标结构。所述导数针对负重叠(曲线113)将会具有相反的正负号，并且由此提供所述目标结构中的检测到的不对称性(这种情况下为重叠)的正负号的灵敏度量度。所述导数也提供关于不对称性(例如重叠)的量值的信息。较大的导数对应于较大的不对称性(例如重叠)。

可以用各种方式施加不同的偏移。在下文描述一些示例。

在一个类别的实施例中，由取决于偏转的光学元件131至少部分地限定不同的偏移。取决于偏转的光学元件131根据传递通过所述取决于偏转的光学元件131的辐射的偏振来修改所述辐射的振幅或相位。在这些实施例中，来自或形成光瞳平面场分布的第一点的辐射以与来自或形成光瞳平面场分布的第二点的辐射不同的偏振而传递通过取决于偏转的光学元件131。取决于偏转的光学元件131因而可与来自第二点的辐射不同的方式修改来自第一点的辐射，并且由此施加期望的偏移。

图13描绘其中图6的光学单元40被修改为在第一支路61中包括取决于偏转的光学元件131的示例实施方式。取决于偏转的光学元件131可替代地定位在第二支路62中。如果目标结构至少部分地转换在反射(例如从光栅的反射)时的辐射的偏振且在这种偏振转换的方向相依性内包含关于感兴趣的参数的信息，则取决于偏转的光学元件131可以施加偏移，这是因为围绕图13的回路顺时针传播(即沿第二支路62向下且沿第一支路61向上)的辐射的偏振属性在取决于偏转的光学元件131处与逆时针传播(即沿第一支路61向下且沿第二支路62向上)的辐射的偏振属性可能不同。这是因为顺时针辐射在从目标结构反射之后遇到取决于偏转的光学元件131，而逆时针辐射在从目标结构反射之前遇到取决于偏转的光学元件131。作为示例，当输入辐射34仅被X偏振时，Y偏振辐射将仅存在于反射辐射中(由于所述目标结构的偏振转换属性)。如果取决于偏转的光学元件131相对于X偏振辐射而延迟了Y偏振辐射，则这因而将仅影响顺时针行进的辐射，其在反射之后遇到取决于偏转的光学元件131(其中存在Y偏振)。当不存在Y偏振时，逆时针行进的辐射仅在从目标反射之前传递通过取决于偏转的光学元件131，并且因此未被延迟。这导致在顺时针传播方向上的辐射与逆时针传播方向上的辐射之间的偏移。当光瞳平面场分布随后被叠加以引起干涉(参考图6和图7中的71C和72C)时，被施加的偏移构成了提供至从光瞳平面场分布的第一点导出(例如从光瞳平面场分布中的被标注为71A的部分中的点导出，其限定入射至目标结构上的辐射)的反射辐射(相位或振幅)相对于从光瞳平面场分布的第二点导出(例如从光瞳平面场分布的被标注为72A的部分中的点导出，被标注为72A的部分中的点与由顺时针辐射提供的在光瞳平面场分布中的被标注为71A的部分中的如上所述点是对称地相对的)的反射辐射而言的光学属性的偏移。在偏移包括相位偏移的情况下，取决于偏转的光学元件131可以包括如以上示例中的延迟器。在偏移包括振幅偏移的情况下，取决于偏转的光学元件131可以包括双衰减器(也已知为线性二向色光学器件、取决于偏转的损耗光学器件、或弱偏振器)。

在实施例中，延迟器是可变延迟器。使用可变延迟器会允许容易地微调相位偏移和/或将相位偏移有效地改变成大体上不同的值以便施加多个不同的相位偏移。所述可变延迟器可以包括索累-巴比涅(Soleil Babinet)补偿器，或普克尔盒(Pockels cell)。可以在纳秒时间尺度上控制普克尔盒。使用定位在第一支路61和/或第二支路62内的取决于偏转的光学元件131可以由于不需要移动部件而以对于对准影响最小的方式来实施。

在X偏振输入的特定示例中，顺时针路径X偏振输出X_out和Y偏振输出Y_out在传递通过偏振器120之后被给出如下(其中方程式右侧的贡献按从右至左的次序如下：输入、分束器48、目标结构、取决于偏转的光学元件131中的延迟器、取决于偏转的光学元件131中的双衰减器、分束器48、偏振器120):

在传递通过偏振器120之后来自逆时针路径的输出被给出如下(其中方程式右侧的贡献按从右至左次序如下：输入、分束器48、取决于偏转的光学元件131中的双衰减器、取决于偏转的光学元件131中的延迟器、目标结构、分束器48、偏振器120)：

来自重组辐射的干涉的强度被给出如下：

在上文论述的实施例中，分束器48已经是非偏振分束器。在一些实施例中这可能是适当的，这是因为感兴趣的不对称性(例如由于重叠导致的不对称性)通常是在

与

之间或在与

之间的不对称性(即，来自光瞳平面场分布中的相对的位置-k与+k的反射之间的不对称性，涉及针对两个反射的从X至Y或从Y至X的偏振的相同的改变)。利用诸如图6和图7中所描绘的布置之类的布置中的偏振分束器来替换所述分束器48，通常将会导致：由于互反性/时间反转原因，

对

或

对

的测量将会对于由于重叠导致的不对称性不敏感。

然而，如果如图14中所描绘般与λ/2片122组合，则可以使用偏振分束器。图14的光学单元40与图13中描绘的光学单元40相同，其例外之处如下。已用偏振分束器48A替换分束器48。已在第一支路61中设置以45°定向的λ/2片122来代替取决于偏转的光学元件131(以45°定向的λ/2片122替代地可以设置在第二支路62中，其中从第一支路61省略取决于偏转的光学元件131)。可变延迟器131A和另一λ/2片131B已设置在偏振分束器48A下游的测量支路150中。

这种实施例中的输入辐射34相对于偏振分束器48A具有45°偏振。这可以通过偏振器、或偏振器与成45°的λ/2片的组合来实现。偏振分束器48A将透射输入辐射34的50％且反射输入辐射34的50％。在示例中，X偏振辐射被透射且Y偏振辐射被反射。λ/2片122在这个示例中导致Y偏振辐射将被转换成X偏振辐射，使得第一支路61和第二支路62两者利用X偏振辐射来照射所述目标结构。在与目标结构相互作用之后，辐射的包含关于不对称性(例如由于重叠导致的不对称性)的信息的一部分将被转换成Y偏振辐射。在顺时针方向上，这种Y偏振辐射由λ/2片122转换成X偏振辐射，所述X偏振辐射随后通过偏振分束器48A透射至输出支路中。在逆时针方向上，来自目标结构Y的偏振辐射由偏振分束器48A反射且也进入输出支路。因而，已在目标处经历偏振转换的辐射沿输出支路朝向检测系统传播，而尚未转换的辐射不会如此。

在紧接在偏振分束器48A下游的测量支路150中，在由第一支路61和第二支路62形成的回路中的来自顺时针传播的辐射具有X偏振。来自逆时针传播的辐射具有Y偏振。另一λ/2片131B以22.5°定向以将X偏振辐射转换成-45°偏振且将Y偏振辐射转换成+45°偏振。偏振器120(或替代地另一偏振分束器)被配置成将-45°和+45°偏振投影至X轴和/或Y轴上，使得可以使来自顺时针传播的辐射与来自逆时针传播的辐射发生干涉。如果偏振器120以+45°定向，则也可以省去λ/2片131B。

偏振分束器48A的上述使用开辟了用于施加相位或振幅偏移的方法的替代范围。在示出的示例中，可变延迟器131A被定位在测量支路150中。来自顺时针传播的辐射当传递通过可变延迟器131A时具有与来自逆时针传播的辐射正交的偏振，由此允许在干涉之前将相位偏移施加至辐射。存在用于施加振幅偏移的若干选项。例如，可以使测量支路150中的λ/2片131B旋转，从而引起辐射以不同于50/50的比率投影至X轴和/或Y轴上。可变延迟器131A和λ/2片131B因而提供与上文参考图13论述的取决于偏转的光学元件131等效的功能。在其它实施例中，代替使λ/2片131B旋转，或除了使λ/2片131B旋转以外，也通过使偏振器120旋转来控制振幅偏移。替代地或另外，可以在输入辐射34到达偏振分束器48A之前调节输入辐射34的偏振，这将会在从偏振分束器48A的第一次反射时得到不同于50:50的分束比。输入辐射34的偏振的调节可以通过使偏振分束器48A上游的λ/2片161和/或偏振器162的旋转来实现。因而，可以由介于偏振分束器48A与延迟器(例如λ/2片161)和偏振器162中的任一个或两个之间的不同角度来至少部分地限定不同的偏移。

在图14的示例中，通过由第一支路61和第二支路62形成的回路的顺时针传播被给出如下(其中方程式右侧的贡献按从右至左的次序如下：输入、偏振分束器48A、目标结构、λ/2片122、偏振分束器48A)：

逆时针传播被给出如下(其中方程式右侧的贡献按从右至左次序如下：输入、偏振分束器48A、λ/2片122、目标结构、偏振分束器48A)：

在测量支路150中，来自从顺时针传播的辐射的输出被给出如下(其中方程式右侧的贡献按从右至左的次序如下：来自顺时针贡献的输入、可变延迟器131A、λ/2片131B、偏振分束器120)：

在测量支路150中，来自从逆时针传播的辐射的输出被给出如下(其中方程式右侧的贡献按从右至左次序是如下：来自顺时针贡献的输入、可变延迟器131A、λ/2片131B、偏振分束器120)：

来自重组辐射的干涉的强度被给出如下：

因而，通过在可变延迟器131A中设定不同的延迟量(其限定相位

和

)，可以施加不同的相位偏移。可以通过针对λ/2片131B的取向(其限定角度α)设定不同的值来施加不同的振幅偏移。

以上实施例也示出：通过提供分束器48A的不同的分束比，可以至少部分地限定不同的偏移。在以上示例中，通过使入射至偏振分束器48A上的辐射的偏振发生旋转来实现不同的分束比。存在若干其它可能性。例如，可以通过移动梯度分束器来施加变化的相位和振幅偏移。

图15描绘用于基于上文参考图9论述的OPS系统的干涉测量原理而施加的相位和/或振幅偏移的替代方法。如在图9的实施例中，且与图13和图14的示例对照，在图15的实施例中，完全在辐射从目标结构反射之后执行辐射的分裂和重组以干涉来自光瞳平面场分布中的不同点的辐射。图15的实施例类似于图9的实施例，其例外之处在于：与图9的第一光学支路81和第二光学支路82的马赫-曾德尔干涉仪功能对应的功能是由自参考干涉仪153来实施的。因而，图15的实施例可以在如上文参考图4至图5描述的量测设备中实施，其例外之处在于：图4的配置可能并不包括用以将光瞳场分布的第一区移除的孔板13H，源11被配置成输出空间相干辐射，图5中的光学单元40包括单个分束器，并且图15中示出的部件被设置在图5中示出的透镜18B之后。

所述自参考干涉仪153包括复合棱镜，所述复合棱镜可以被解释为具有偏振分束器的马赫-曾德尔干涉仪。在自参考干涉仪153的一个臂中，使光瞳平面场分布和偏振两者旋转+90度。在另一臂中，使光瞳平面场分布和偏振两者旋转-90度。所述旋转是通过多次反射来实现的。所述自参考干涉仪153的输出包括光瞳平面场分布的两个叠加的副本，这两个副本相对于彼此旋转使得这两个副本是点对称的。所述两个副本具有相对于彼此正交的偏振。

在图15的实施例中，提供相对于进入所述光学系统40中的输入辐射34的偏振而交叉的偏振器151。所述偏振器因而移除相对于进入所述光学系统40中的输入辐射34共偏振的辐射。这可能适用于感兴趣的参数是重叠的示例，这是因为预期了关于重叠信息主要存在于相对于到达光学系统40中的输入辐射34而被交叉偏振的辐射中。对于其它感兴趣的参数，信息可以存在于共偏振辐射中，并且这种情况下可以省略所述偏振器151。λ/2片152被定位在偏振器151下游(在被提供的情况下)。在这种实施例中，λ/2片152以22.5°定向以使传递通过所述λ/2片152的辐射的偏振发生旋转45°。辐射接着传递通过自参考干涉仪153且被输出到测量支路150。测量支路150包括可变延迟器131A。所述可变延迟器131A设定了两个正交的偏振之间的相位差。这可以用以补偿所述自参考干涉仪153中的不想要的路径长度差，或如下文描述的施加多个不同的相位偏移。测量支路150还包括λ/2片131B，所述λ/2片被配置成使两个副本的偏振旋转45°(同时维持偏振的正交性)。来自λ/2片131B的输出进入偏振分束器157。偏振分束器157将光瞳平面场分布的两个副本分解成两个正交的偏振分量，其中一个偏振分量被透射且另一个偏振分量被反射。结果是使光瞳平面场分布的所述两个副本彼此干涉。在两个检测器158和159中的任一个或两个上测量所述干涉(如上文参考图9针对被相似地配置的检测器38A和38B而描述的)。例如，在检测器158中，辐射可以被以相干方式干涉使得仅不对称性信号(来自从目标结构的不对称部件的反射)继续存在(忽略掉偏移的效应)。这导致检测到的辐射强度的包含关于感兴趣的参数(例如重叠)的信息的分量相对于其它分量被增强。在检测器158中，辐射可以被以相长的方式干涉。这允许检测器158检测一辐射强度，其中包含关于感兴趣的参数(例如重叠)的信息的分量相对于其它分量被抑制。检测器158因而可以用以测量例如光瞳的对称部分。因而，可以使用所述两个检测器158、159中的仅一个检测器来获得关于感兴趣的参数(例如重叠)的信息，因此，并不必需提供检测器158、159两者。

图15的布置可以用以施加振幅偏移。在实施例中，使λ/2片131B是可旋转的。使λ/2片131B远离名义22.5°角度旋转会引起偏振分束器157的分束比偏离50/50，这相对于另一光瞳平面场分布将振幅偏移施加至光瞳平面场分布的一个副本，并且由此由检测器158、159中的一个检测器检测在来自光瞳平面场分布的点的干涉对的辐射之间的振幅偏移。替代地或另外，可以使λ/2片152旋转以改变在所述自参考干涉仪153中的偏振分束器处的分束比。所述自参考干涉仪153中的偏振分束器处的分束比的改变也将施加振幅偏移。

图15的布置可以用以施加相位偏移。在实施例中，可变延迟器131A用以设定光瞳平面场分布的在传递通过可变延迟器131A时相对于彼此正交地偏振的两个副本之间的相位差。可变延迟器131A和λ/2片131B因而提供与图14的可变延迟器131A和λ/2片131B和图13的取决于偏转的光学元件131等效的功能。

在图15的实施例中，元件131A是固定的延迟器片，其中一半光瞳在0°得到λ/4延迟且另一半不具有延迟。另外在图15的这种实施例中，偏振元件157是沃拉斯顿(Wollaston)棱镜。图15的这种实施例便于促成在单个测量步骤中测量感兴趣的参数，所述单个测量步骤包括混合所述光瞳的4个代表性光瞳。

在图15的另一实施例中，将所述自参考干涉仪与沃拉斯顿棱镜组合使用。在图15的这种实施例中，仅需要2个代表性的光瞳以便计算感兴趣的参数。

上文已参考图13至图15论述了用于施加相位和/或振幅偏移的各种布置。可以在不同时间通过改变诸如图14和图15的可变延迟器131A和/或λ/2片131B、或图13的取决于偏转的光学元件131之类的元件的设定，来施加多个不同的相位和/或振幅偏移。图16和图17描绘允许并行地在多个不同的振幅和/或相位偏移情况下实现测量的示例实施方式。

图16描绘检测系统102，所述检测系统被配置成在多个不同的振幅和/或相位偏移下使用图14中描绘的类型的配置来并行地进行测量，其例外之处在于：由测量支路150中的可变延迟器131A、λ/2片131B和偏振器120提供的功能已单独地被设置在多个测量支路150A至150D中。设置四个分束器142A至142D以用于在四个不同的测量支路150A至150D之间同时分配来自偏振分束器48A的辐射输出(箭头100)。在每个测量支路150A至150D内，设置可变延迟器131AA至131AD和λ/2片131BA至131BD以执行图14的可变延迟器131A和λ/2片131B的功能。在这种实施例中，每个测量支路150A至150D中的可变延迟器131AA至131AD和λ/2片131BA至131BD被调节以提供相对于其它测量支路150A至150D中的每个测量支路的不同的振幅和/或相位偏移，而不是在不同的时刻被不同地调节以提供多个不同的振幅和/或相位偏移。图14的偏振器120的功能在这种实施例中由每个测量支路150A至150D中的偏振分束器145A至145D提供。来自每个测量支路150A至150D中的偏振分束器145A至145D的输出由至少一个检测器146A至146D、147A至147D检测，所述至少一个检测器检测与来自光瞳平面场分布中的不同点的辐射之间的干涉相对应的辐射强度，其中施加针对每个测量支路150A至150D不同的特定振幅和/或相位偏移。

图17描绘了检测系统102，所述检测系统被配置成在多个不同的振幅和/或相位偏移的情况下使用图15中描绘的类型的配置并行地进行测量，其例外之处在于：由测量支路150中的可变延迟器131A、λ/2片131B、偏振分束器157、以及检测器158和159所提供的功能已单独被设置在多个测量支路150A至150D中。设置四个分束器142A至142D以用于在四个不同的测量支路150A至150D之间同时分配来自所述自参考干涉仪153的辐射输出。在每个测量支路150A至150D内，设置可变延迟器131AA至131AD和λ/2片131BA至131BD以执行图15的可变延迟器131A和λ/2片131B的功能。在这种实施例中，每个测量支路150A至150D中的可变延迟器131AA至131AD和λ/2片131BA至131BD被调节以提供相对于其它测量支路150A至150D中的每个测量支路不同的振幅和/或相位偏移，而不是在不同的时刻被不同地调节以提供多个不同的振幅和/或相位偏移。来自每个测量支路150A至150D中的偏振分束器157A至157D的输出由至少一个检测器157A至157D、158A至158D检测，所述至少一个检测器检测与来自光瞳平面场分布中的不同点的辐射之间的干涉相对应的辐射强度，其中所施加的特定振幅和/或相位偏移是针对每个测量支路150A至150D不同的。

以上实施例可能尤其有用地被应用以测量在包括分层结构的目标结构中的不对称性，所述分层结构在第一层中具有第一部件且在第二层中具有第二部件，在这种情况下，其中第一层与第二层之间的分离大于λ/20，其中λ是输入辐射束的波长。例如，这可能是如下情况：在光刻显影步骤之后但在后续的蚀刻步骤之前将所述方法应用至目标结构。对不对称性有所增加的灵敏度意味着可以针对高分辨率结构来测量不对称性(例如第一部件与第二部件之间的重叠)，即使在诸如如下这些高分辨率结构的情况下：其中对零阶反射的贡献被预期为非常小(由于层之间的大的分离)。另外或替代地，可显著减少测量时间。

本发明中所披露的构思可以发现出于监控的目的而对结构的光刻后测量之外的效用。例如，这种检测器架构可以用在基于光瞳平面检测的未来对准传感器构思中，用在光刻设备中以用于在图案化过程期间对准所述衬底。

上文描述的目标结构可以是出于测量的目的而被特定地设计和形成的量测目标。然而，测量高分辨率目标的能力意味着实施例也可以被应用到作为形成于所述衬底上的器件的功能部分的目标。许多器件具有规则的类光栅结构。如本发明中使用的术语“目标光栅”和“目标”并不需要已特定地针对正被执行测量来提供结构。

量测设备可以在光刻系统中使用，诸如上文参考图2论述的光刻单元LC。光刻系统包括执行光刻过程的光刻设备LA。光刻设备可以被配置成当执行随后的光刻过程时使用由量测设备进行的对通过光刻过程所形成的结构的测量的结果，例如用以改善后续的光刻过程。

实施例可以包括包含机器可读指令的一个或更多个序列的计算机程序，所述机器可读指令描述测量位于衬底上的目标和/或分析测量结果以获得关于光刻过程的信息的方法。也可以设置储存有这种计算机程序的数据储存介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)。在现有光刻或量测设备已经在生产中和/或在使用中的情况下，本发明可以通过提供更新的计算机程序产品以使处理器执行本发明中描述的方法来实施。

尽管在本文中可特定地参考光刻设备在IC制造中的使用，但应理解，本文中描述的光刻设备可以具有其它应用，诸如制造集成式光学系统、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。本领域技术人员将了解，在这些替代应用的情境中，可以认为本文对术语“晶片”或“管芯”的任何使用分别与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。可以在曝光之前或之后在例如轨道或涂覆显影系统(通常将抗蚀剂的层施加至衬底且显影已曝光抗蚀剂的工具)、量测工具和/或检测工具中处理本文中提及的衬底。适用时，可以将本文中的公开内容应用于这样的和其它衬底处理工具。另外，可以将衬底处理一次以上，例如以便产生多层1C，使得本文中使用的术语衬底也可以指代已经包含多个被处理的层的衬底。

尽管上文可特定地参考在光学光刻情境下本发明的实施例的使用，但应了解，本发明将可以用于其它应用(例如压印光刻)中，并且在情境允许的情况下不限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的形貌限定了创建于衬底上的图案。可以将图案形成装置的形貌压入被供应至衬底的抗蚀剂的层中，在衬底上，抗蚀剂通过施加电磁辐射、热、压力或其组合而被固化。在抗蚀剂被固化之后，将图案形成装置移出抗蚀剂，从而在其中留下图案。

在以下编号的项目中进一步描述根据本发明的另外的实施例：

1.一种用于测量形成在衬底上的结构以确定感兴趣的参数的量测设备，所述量测设备包括：

光学系统，所述光学系统被配置成将辐射聚焦至所述结构上且将来自所述结构的反射辐射引导至检测系统，其中：

所述光学系统被配置成将光学特性的多个不同的偏移施加至从所述结构反射之前和/或之后的辐射，使得相对于从光瞳平面场分布的第二点导出的反射辐射，将对应的多个不同的偏移提供至从所述光瞳平面场分布的第一点导出的反射辐射；并且

所述检测系统被配置成检测由从所述光瞳平面场分布的所述第一点导出的反射辐射与从所述光瞳平面场分布的所述第二点导出的反射辐射之间的干涉引起的对应的多个辐射强度，其中每个辐射强度对应于所述多个不同的偏移中的不同的一个偏移。

2.根据项目1所述的量测设备，其中所述干涉使得检测到的辐射强度的包含关于所述感兴趣的参数的信息的分量相对于所述检测到的辐射强度的一个或更多个其它分量被增强。

3.根据项目1或2所述的量测设备，其中所述不同的偏移包括不同的振幅偏移或不同的相位偏移中的任一个或两个。

4.根据项目1至3中任一项所述的量测设备，其中所述不同的偏移包括在第一指向上的至少一个偏移，和在与所述第一指向相反的第二指向上的至少一个偏移。

5.根据任一前述项目所述的量测设备，其中：

由取决于偏振的光学元件至少部分地限定所述不同的偏移，所述取决于偏振的光学元件被配置成根据传递通过所述取决于偏振的光学元件的辐射的偏振来修改所述辐射的振幅或相位；并且

所述光学系统被配置成使得来自或形成所述光瞳平面场分布的所述第一点的辐射以与来自或形成所述光瞳平面场分布的所述第二点的辐射不同的偏振传递通过所述取决于偏振的光学元件。

6.根据项目5所述的量测设备，其中所述取决于偏振的光学元件包括延迟器。

7.根据项目6所述的量测设备，其中所述延迟器是可变延迟器。

8.根据项目5至7中任一项所述的量测设备，其中所述取决于偏振的光学元件包括双衰减器。

9.根据项目8所述的量测设备，其中所述双衰减器是可变双衰减器。

10.根据任一前述项目所述的量测设备，其中所述光学系统包括偏振分束器，并且由所述偏振分束器与延迟器和偏振器中的任一个或两个之间的不同的相对角度至少部分地限定所述不同的偏移。

11.根据任一前述项目所述的量测设备，其中所述不同的偏移至少部分地由分束器的不同的分束比限定。

12.根据任一前述项目所述的量测设备，其中所述光学系统被配置成使所述检测系统检测由来自所述光瞳平面场分布中的第一点与第二点的多个不同对的反射辐射之间的干涉引起的辐射强度的集合，辐射强度的每个集合包括针对所述多个不同的偏移中的每个偏振的辐射强度。

13.根据项目12所述的量测设备，其中每对点围绕同一镜像对称线相对于彼此以镜像对称方式定位，或围绕同一对称点相对于彼此以点对称方式定位。

14.根据任一前述项目所述的量测设备，其中所述光学系统被配置成将辐射束分裂成多个辐射束且稍后重组所述多个辐射束，以便引起来自所述光瞳平面场分布中的所述第一点与所述第二点的所述反射辐射之间的干涉。

15.根据项目14所述的量测设备，其中：

所述辐射束分裂成所述多个辐射束会产生第一光瞳平面场分布的多个副本；并且

所述光学系统通过使用所述第一光瞳场分布的所述多个副本来形成第二光瞳平面场分布。

16.根据项目15所述的量测设备，其中所述第一光瞳平面场分布的所述多个副本相对于彼此旋转或翻转以形成所述第二光瞳平面场分布。

17.根据任一前述项目所述的量测设备，其中所述光学系统包括分束器，所述分束器被配置成将辐射束分裂成第一辐射束和第二辐射束，并且所述光学系统被配置成使得：

所述第一辐射束与所述第二辐射束围绕包括第一支路和第二支路的共同的光学路径在相反的方向上传播，所述第一辐射束沿所述第一支路从所述分束器传播至所述衬底且沿所述第二支路从所述衬底传播回到所述分束器，并且所述第二辐射束沿所述第二支路从所述分束器传播至所述衬底且沿所述第一支路从所述衬底传播回到所述分束器。

18.根据项目17所述的量测设备，其中所述光学系统被配置成执行在所述第一支路或所述第二支路中传播的辐射的所述光瞳平面场分布的至少一次翻转或旋转，使得来自所述第一辐射束的图像和来自所述第二辐射束的图像分别由具有相对于彼此镜像对称或点对称的光瞳平面场分布的辐射形成。

19.根据项目17或18所述的量测设备，所述设备被配置成使得输入至所述分束器的辐射束包括光瞳平面场分布，其中所述光瞳平面场分布的第一区已被移除从而仅留所述光瞳平面场分布的第二区。

20.根据项目19所述的量测设备，其中所述第一区与所述第二区是相对地定向的半圆。

21.根据任一前述项目所述的量测设备，其中与所述多个不同的偏移对应的所述多个辐射强度中的至少两个辐射强度在不同的测量支路中被同时测量。

22.根据任一前述项目所述的量测设备，其中与所述多个不同的偏移对应的所述多个辐射强度中的至少两个辐射强度在同一测量支路中在不同时间被测量。

23.根据任一前述项目所述的量测设备，其中所述感兴趣的参数包括重叠。

24.一种光刻系统，所述光刻系统包括：

光刻设备，所述光刻设备被配置成执行光刻过程；和

根据任一前述项目所述的量测设备。

25.一种测量形成于衬底上的结构以确定感兴趣的参数的方法，所述方法包括：

将辐射聚焦至所述结构上且使用检测系统以检测来自所述结构的反射辐射，其中：

将光学特性的多个不同的偏移施加至从所述结构反射之前和/或之后的辐射，使得相对于从光瞳平面场分布的第二点导出的反射辐射，将对应的多个不同的偏移提供至从所述光瞳平面场分布的第一点导出的反射辐射；并且

所述检测系统检测由从所述光瞳平面场分布的所述第一点导出的反射辐射与从所述光瞳平面场分布的所述第二点导出的反射辐射之间的干涉引起的对应的多个辐射强度，其中每个辐射强度对应于所述多个不同的偏移中的不同的一个偏移。

26.根据项目25所述的方法，其中同时测量与所述多个不同的偏移对应的所述多个辐射强度中的至少两个辐射强度。

27.根据项目25或26所述的方法，其中在不同时间测量与所述多个不同的偏移对应的所述多个辐射强度中的至少两个辐射强度。

28.根据项目27所述的方法，其中使用可变延迟器和可变双衰减器中的任一个或两个以在不同时间进行的所述测量之间，相对于来自所述第二点的反射辐射改变施加至来自所述第一点的反射辐射的偏移。

29.根据项目25至28中任一项所述的方法，其中在光刻显影步骤之后但在后续蚀刻步骤之前将所述方法应用至结构。

30.根据项目25至29中任一项所述的方法，其中所述感兴趣的参数包括所述结构的不对称性。

31.根据项目25至30中任一项所述的方法，其中所述感兴趣的参数包括重叠。

32.根据项目25至31中任一项所述的方法，其中所述检测到的辐射强度由来自所述结构的零阶反射引起。

本文中使用的术语“辐射”和“束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外线(UV)辐射(例如具有为或约为365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外线(EUV)辐射(例如具有在5nm至20nm范围内的波长)，和粒子束，诸如离子束或电子束。

术语“透镜”在情境允许的情况下可以指各种类型的光学部件中的任一个或其组合，包括折射式、反射式、磁性式、电磁式和静电式光学部件。

对特定实施例的前述描述将因此充分地揭露本发明一般性质：在不背离本发明的一般构思的情况下，其它人可以通过应用本领域技术人员所了解的知识针对各种应用而容易地修改和/或调适这些特定实施例，而无需进行过度的实验。因此，基于本发明中呈现的教导和指导，这些调适和修改意图在所公开的实施例的等效物的涵义和范围内。应理解，本发明的措辞或术语是出于描述而非限制的目的，使得本说明书的术语或措辞将由本领域技术人员按照所述教导和指导进行解释。

本发明广度和范围不应受上述示例性实施例中的任一个限制，而应仅根据随附的权利要求及其等效物进行限定。

Claims (15)

1.一种用于测量形成在衬底上的结构以确定感兴趣的参数的量测设备，所述量测设备包括：

光学系统，所述光学系统被配置成将辐射聚焦至所述结构上且将来自所述结构的反射辐射引导至检测系统，其中：

所述光学系统被配置成将光学特性的多个不同的偏移施加至从所述结构反射之前和/或之后的辐射，使得相对于从光瞳平面场分布的第二点导出的反射辐射，将对应的多个不同的偏移提供至从所述光瞳平面场分布的第一点导出的反射辐射；并且

所述检测系统被配置成检测由从所述光瞳平面场分布的所述第一点导出的反射辐射与从所述光瞳平面场分布的所述第二点导出的反射辐射之间的干涉引起的对应的多个辐射强度，其中每个辐射强度对应于所述多个不同的偏移中的不同的一个偏移。

2.根据权利要求1所述的量测设备，其中所述干涉使得检测到的辐射强度的包含关于所述感兴趣的参数的信息的分量相对于所述检测到的辐射强度的一个或更多个其它分量被增强。

3.根据权利要求1或2所述的量测设备，其中所述不同的偏移包括不同的振幅偏移或不同的相位偏移中的任一个或两个。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的量测设备，其中所述不同的偏移包括在第一指向上的至少一个偏移，和在与所述第一指向相反的第二指向上的至少一个偏移。

5.根据任一前述权利要求所述的量测设备，其中：

由取决于偏振的光学元件至少部分地限定所述不同的偏移，所述取决于偏振的光学元件被配置成根据传递通过所述取决于偏振的光学元件的辐射的偏振来修改所述辐射的振幅或相位；并且

所述光学系统被配置成使得来自或形成所述光瞳平面场分布的所述第一点的辐射以与来自或形成所述光瞳平面场分布的所述第二点的辐射不同的偏振传递通过所述取决于偏振的光学元件。

6.根据任一前述权利要求所述的量测设备，其中所述光学系统包括偏振分束器，并且由所述偏振分束器与延迟器和偏振器中的任一个或两个之间的不同的相对角度至少部分地限定所述不同的偏移。

7.根据任一前述权利要求所述的量测设备，其中所述不同的偏移至少部分地由分束器的不同的分束比限定。

8.根据任一前述权利要求所述的量测设备，其中所述光学系统被配置成使所述检测系统检测由来自所述光瞳平面场分布中的第一点与第二点的多个不同对的反射辐射之间的干涉引起的辐射强度的集合，辐射强度的每个集合包括针对所述多个不同的偏移中的每个偏振的辐射强度。

9.根据任一前述权利要求所述的量测设备，其中所述光学系统被配置成将辐射束分裂成多个辐射束且稍后重组所述多个辐射束，以便引起来自所述光瞳平面场分布中的所述第一点与所述第二点的所述反射辐射之间的干涉。

10.根据任一前述权利要求所述的量测设备，其中所述光学系统包括分束器，所述分束器被配置成将辐射束分裂成第一辐射束和第二辐射束，并且所述光学系统被配置成使得：

所述第一辐射束与所述第二辐射束围绕包括第一支路和第二支路的共同的光学路径在相反的方向上传播，所述第一辐射束沿所述第一支路从所述分束器传播至所述衬底且沿所述第二支路从所述衬底传播回到所述分束器，并且所述第二辐射束沿所述第二支路从所述分束器传播至所述衬底且沿所述第一支路从所述衬底传播回到所述分束器。

11.根据任一前述权利要求所述的量测设备，其中与所述多个不同的偏移对应的所述多个辐射强度中的至少两个辐射强度在不同的测量支路中被同时测量。

12.根据任一前述权利要求所述的量测设备，其中与所述多个不同的偏移对应的所述多个辐射强度中的至少两个辐射强度在同一测量支路中在不同时间被测量。

13.根据任一前述权利要求所述的量测设备，其中所述感兴趣的参数包括重叠。

14.一种光刻系统，所述光刻系统包括：

光刻设备，所述光刻设备被配置成执行光刻过程；和

根据任一前述权利要求所述的量测设备。

15.一种测量形成于衬底上的结构以确定感兴趣的参数的方法，所述方法包括：

将辐射聚焦至所述结构上且使用检测系统以检测来自所述结构的反射辐射，其中：

将光学特性的多个不同的偏移施加至从所述结构反射之前和/或之后的辐射，使得相对于从光瞳平面场分布的第二点导出的反射辐射，将对应的多个不同的偏移提供至从所述光瞳平面场分布的第一点导出的反射辐射；并且

所述检测系统检测由从所述光瞳平面场分布的所述第一点导出的反射辐射与从所述光瞳平面场分布的所述第二点导出的反射辐射之间的干涉引起的对应的多个辐射强度，其中每个辐射强度对应于所述多个不同的偏移中的不同的一个偏移。

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