CN112005157B - 用于确定衬底上的一个或更多个结构的特性的量测设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开一种用于测量与衬底上的结构有关的关注的特性的方法和相关联设备。所述方法包括在利用照射辐射照射结构之后，直接地由关注的特性对在照射辐射被所述照射辐射被所述结构散射时的至少相位的影响，来计算关注的特性的值。

Description

用于确定衬底上的一个或更多个结构的特性的量测设备和 方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年2月27日提交的欧洲申请号18158745.2和 2018年10月24日提交的欧洲申请号18202289.7的优先权，并且通过引用将它们全部并入本申请中。

技术领域

本发明涉及一种用于确定衬底上的结构的特性的量测设备或检查设备。本发明还涉及一种用于确定衬底上的结构的特征的方法。

背景技术

光刻设备是一种被构造成用于将所需图案应用到衬底上的机器。光刻设备可用于例如集成电路(IC)的制造。光刻设备可例如将图案形成装置(例如掩模)上的图案(也通常被称为“设计布局”或“设计”)投影到设置于衬底(例如晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。

为了在衬底上投影图案，光刻设备可以使用电磁辐射。这种辐射的波长确定可形成于衬底上的特征的最小尺寸。目前使用的典型波长为365nm(i-line)、248nm、193nm和13.5nm。与使用例如 193nm波长的辐射的光刻设备相比，可使用具有在4至20nm(例如6.7nm或13.5nm)范围内的波长的极紫外(EUV)辐射的光刻设备可被用以在衬底上形成更小的特征。

低k₁光刻可用于加工具有比光刻设备的经典分辨率极限更小的尺寸的特征。在这种过程中，分辨率公式可以表示为CD＝k₁×λ/NA，其中λ是所运用的辐射的波长，NA是所述光刻设备中的投影光学元件的数值孔径，CD是“临界尺寸”(通常是印制的最小特征大小，但在此情况下为半节距)并且k₁是经验分辨率因子。一般而言，k₁越小，则越难在衬底上重现与由电路设计者所设计的形状和尺寸相似的图案以便实现特定的电气功能和性能。为了克服这些困难，可以将复杂的微调步骤应用于光刻投影设备和/或设计布局。例如，这些包括但不限于优化NA、定制的照射方案、使用相移图案形成装置、设计布局中的诸如光学邻近校正(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。替代地，用于控制所述光刻设备的稳定性的紧密控制回路可用以改善低k₁情况下图案的再现。

在光刻过程中，需要经常测量所创建的结构，例如用于过程控制和验证。用于进行这些测量的各种工具是已知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的量测设备，诸如散射仪。指代这些工具的通称可以是量测设备或检查设备。

利用基于散射仪的量测学来用以测量例如重叠的一个问题是所谓的摇摆曲线。摇摆曲线是使用典型散射测量技术的情况下，重叠敏感性K对波长λ的依赖关系。所述摇摆曲线的结果是针对某些波长的测量对于重叠不敏感。此外，所述摇摆曲线在不同的叠层之间变化很大，使得波长选择和确保足够的重叠敏感性变得困难。

发明内容

本公开目的是为检查或量测设备提供解决上述一个或更多个问题或限制的有效的方案。

在权利要求书和详细描述中披露了本发明的实施例。

在本发明的第一方面中，提供了一种用于测量与衬底上的结构相关的关注的特性的方法，包括：在利用所述照射辐射来照射所述结构之后，直接根据关注的特性对照射辐射在由所述结构散射时的至少相位的影响来计算关注的特性的值。

在本发明的第二方面中，提供了一种检查设备，包括：

衬底支撑件，用于保持包括结构的衬底、用于将照射辐射投影到结构上的投影光学元件；用于检测在已被结构散射之后的所述照射辐射的检测器；以及处理器，其可操作以用于直接根据与所述结构相关的关注的特性对于所述照射辐射在由所述结构散射时的至少相位的影响来计算关注的特性的值。

还提供了可操作以执行第一方面的方法的计算机程序。

附图说明

现在将仅通过示例，参考所附的示意图来描述本发明的实施例，附图中：

图1描绘了光刻设备的示意性概观图；

图2描绘了光刻单元的示意性概观图；

图3描绘了整体光刻的示意图，表示了用以优化半导体制造的三种关键技术之间的协作；

图4图示了根据本发明实施例的检查设备；

图5包括：(a)即根据本发明实施例的通过使用第一对照射孔来测量目标时使用的暗场散射仪的示意图，(b)即目标光栅针对给定照射方向的衍射光谱的细节，(c)即在使用散射仪进行基于衍射的重叠测量时提供另外照射模式的第二对照射孔，和(d)即使得第一对孔和第二对孔组合的第三对照射孔；

图6描绘了(a)即已知形式的多光栅目标，和衬底上的测量斑的轮廓；以及(b)即在图5的散射仪中所获得的目标的图像；

图7示出摇摆曲线，其显示了在使用已知方法的情况下重叠敏感性K对波长λ的依赖性；

图8(a)和8(b)示意性地展示了两种情境，其中仅对强度的测量将会是重叠不敏感的；

图9示出了根据本发明实施例的作为图5所图示的替代检查设备；

图10(a)包括作为未知目标偏置φ_δ的函数的方程的值的任意曲线图，且图10(b)是其详细信息，图示了执行故意目标偏置的数值确定的步骤；根据本发明的实施例，可用作性能度量；

图11图示了具有顶部光栅和底部光栅的DBO目标的简单衍射模型；

图12(a)是描述用于测量选配方案优化的目前的方法的流程图；以及

图12(b)是描述根据本发明实施例的用于测量选配方案优化的改进方法的流程图。

具体实施方式

在本文中，术语“辐射”和“束”用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外线辐射(例如波长为365、248、193、157或126nm)和极紫外辐射(EUV，例如，波长范围约为5-100nm)。

本文中所使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以广义地解释为是指一种通用图案形成装置，其可用于向入射辐射束赋予图案化的横截面，该图案化的横截面对应于将在衬底的目标部分中创建的图案。在这种内容背景下，也可以使用术语“光阀”。除了经典的掩模(透射或反射、二进制、相移、混合等)之外，其他此类图案形成装置的示例还包括可编程反射镜阵列和可编程LCD阵列。

图1示意性地描绘了一种光刻设备LA。光刻设备LA包括：被配置为调节辐射束B(例如，UV辐射，DUV辐射或EUV辐射) 的照射系统(也称为照射器)IL；掩模支撑件(例如，掩模台)MT，被构造成支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并被连接到被配置成用于根据某些参数准确地定位图案形成装置MA的第一定位器 PM；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，被构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W，且连接至配置成根据某些参数准确定位衬底支撑件的第二定位器PW；以及投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，配置成用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一个或更多个管芯)上。

在操作中，照射系统IL接收来自辐射源SO的辐射束，例如经由束传递系统BD。照射系统IL可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型和/或其它类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、和/或控制辐射。照射器IL 可以用于调节辐射束B以使其在图案形成装置MA的平面处的横截面中具有期望的空间和角度强度分布。

本文使用的术语“投影系统”PS应该被广义地理解为包括适合于所使用的曝光辐射或者其他因素(诸如使用浸没液体或使用真空) 的各种类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、变形型、磁性型、电磁型和/或静电型光学系统，或它们的任何组合。在本文中，任何使用的术语“投影透镜”可以被认为与更上位的术语“投影系统”PS同义。

光刻设备LA也可为如下类型：其中衬底的至少一部分可由具有相对高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统PS与衬底 W之间的空间-这也被称为浸没式光刻术。关于浸没技术的更多信息在US6952253中给出，其通过引用并入本文。

光刻设备LA也可以是具有两个或更多个衬底支撑件WT的类型 (也称为“双平台”)。在这样的“多平台”机器中，可以并行地使用衬底支撑件WT，和/或可以在位于衬底支撑件WT中的一个上的衬底 W上进行衬底W的随后曝光的准备步骤，同时另一衬底支撑件WT上的另一衬底W用于在该另一衬底W上曝光图案。

除了衬底支撑件WT之外，光刻设备LA可以包括测量平台。测量平台布置成保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置为测量投影系统PS的性质或辐射束B的性质。测量平台可以保持多个传感器。清洁装置可以被布置为清洁光刻设备LA的一部分，例如投影系统PS的一部分或提供浸没液体的系统的一部分。当衬底支撑件WT远离投影系统PS时，测量平台可以在投影系统PS下方移动。

在操作中，辐射束B入射在图案形成装置(例如，被保持在掩模支撑件MT上的掩模MA)上，并且通过存在于图案形成装置MA 上的图案(设计布局)被图案化。在已经穿过掩模MA之后，辐射束B传递通过投影系统PS，所述投影系统PS将辐射束聚焦到衬底 W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置测量系统IF，衬底支撑件WT可被准确地移动，例如，以将不同的目标部分C定位于辐射束B的路径中的被聚焦且对准的位置。类似地，第一定位器PM和可能的另一位置传感器(其未在图1中被明确地描绘)可被用于相对于辐射束B的路径来准确地定位图案形成装置MA。可以使用掩模对准标记Ml、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。尽管如图所示的衬底对准标记P1、P2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。当衬底对准标记P1、P2位于目标部分C之间时，它们被称为划线对准标记。

如图2所示，光刻设备LA可形成光刻单元LC(有时也称为光刻元或(光刻)簇)的一部分，其通常还包括在衬底W上执行曝光前和曝光后过程的设备。常规地，这些包括用以沉积抗蚀剂层的旋涂机SC，用以显影经曝光抗蚀剂的显影剂、激冷板CH和焙烤板 BK，例如用于调节衬底的温度，例如用于调节抗蚀剂层中的溶剂。衬底输送装置或机器人RO从输入端口I/Ol、输出端口I/O2拾取衬底W，在不同的过程设备之间移动它们，并且将衬底W传送到光刻设备LA的进料台LB。光刻元中的这些装置(通常被统称为涂覆显影系统或轨道(track))通常处于涂覆显影系统控制单元或轨道控制单元TCU的控制下，涂覆显影系统控制单元或轨道控制单元 TCU自身受管理控制系统SCS控制，管理控制系统SCS也例如经由光刻控制单元LACU来控制所述光刻设备。

为了正确地且一致地曝光由光刻设备曝光的衬底，需要检查衬底以测量经图案化结构的性质，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。维持，检查工具(未示出)可被包括于光刻元LC中。如果检测到误差，例如，可以对后续衬底的曝光或对将将要针对衬底W执行的其他处理步骤进行调整，尤其是如果在同一批次或批量的其他衬底W仍待曝光或处理之前进行检查的情况。

也可被称为量测设备的检查设备用于确定衬底W的性质，且尤其是不同衬底W的性质如何变化或与同一衬底W的不同层相关联的性质如何在层之间变化。该检查设备可替代地被构造用以辨识衬底W上的缺陷，并且可以例如是光刻元LC的一部分，或者可以被集成到光刻设备LA中，或者甚至可以是独立的装置。所述检查设备可测量潜像(曝光后的抗蚀剂层中的图像)或半潜像(曝光后焙烤步骤PEB之后的抗蚀剂层中的图像)或经显影的抗蚀剂图像(其中已除去所述抗蚀剂的经曝光或未经曝光部分)，或者甚至在蚀刻图像(在诸如蚀刻之类图案转移步骤之后)上的性质。

通常，光刻设备LA中的图案形成过程是处理过程中最关键的步骤之一，它要求对于在衬底W上的结构的确定尺寸和放置的高准确度。为了确保这种高准确度，如图3中示意性所示，三个系统可以在所谓的“整体”控制环境中组合。这些系统之一是光刻设备LA，它(实际上)连接到量测工具MET(第二个系统)和计算机系统 CL(第三个系统)。这种“整体”环境的关键是优化这三个系统之间的协作以增强总体过程窗口并且提供严密的控制回路以确保由所述光刻设备LA所执行的图案化保持在过程窗口内。所述过程窗口限定了一系列过程参数(例如剂量、聚焦、重叠)，在这些参数的范围内，特定的制造过程产生了限定的结果(例如功能性半导体器件)——通常允许光刻过程或图案化过程中的过程参数发生变化。

计算机系统CL可以使用待被图案化的设计布局(的部分)来预测要使用何种分辨率增强技术，并且执行计算光刻模拟和计算，以确定何种掩模布局和光刻设备设置实现了图案化过程的最大总体过程窗口(在图3中由第一标度SC1中的双箭头所描绘)。通常，分辨率增强技术被布置成与光刻设备LA的图案化可能性相匹配。计算机系统CL也可用于检测光刻设备LA当前在处理窗口内的何处工作(例如，使用来自量测工具MET的输入)，以预测是否由于例如次优处理(在图3中由第二标度SC2中指向“0”的箭头所描绘) 而存在缺陷。

所述量测工具MET可向计算机系统CL提供输入以能够实现准确的模拟和预测，并且可向光刻设备LA提供反馈以辨识例如在光刻设备LA(在图3中由第三标度SC3中的多个箭头所描绘)的校准状态下的可能的漂移。

在光刻过程中，需要经常测量所创建的结构，例如用于过程控制和验证。已知用于进行这些测量的各种工具，包括扫描电子显微镜或各种形式的量测设备(诸如散射仪)。已知散射仪的示例通常依赖于提供专用的量测目标，诸如欠填充目标(呈简单光栅或在不同层中的重叠光栅的形式的目标，其足够大以使得测量束产生比光栅更小的斑)或过填充目标(由此所述照射斑部分地或完全地包含所述目标)。此外，使用量测工具(例如照射诸如光栅之类的欠填充目标的角度分辨散射仪)允许使用所谓的重建方法，在所述重建方法中通过模拟散射辐射与目标结构的数学模型的相互作用、并且将模拟结果与测量结果进行对比，可以计算出光栅的性质。对模型参数进行调整，直到模拟的相互作用产生与从实际目标所观察到的衍射图案相似的衍射图案。

散射仪是一种多功能仪器，其允许通过在散射仪的物镜的光瞳中设置传感器或与光瞳共轭的平面上设置传感器(测量通常称为基于光瞳的测量)，或通过在图像平面或与图像平面共轭的平面中设置传感器(在该情况下，测量通常称为基于图像或基于场的测量)，来实现对光刻过程的参数的测量。这些散射仪和相关联的测量技术进一步地在专利申请US20100328655、US2011102753A1、 US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中以引用的方式全部并入本文中。上述散射仪可以在一个图像中使用源自软x射线且对近红外波段可见的光来测量来自多个光栅的多个目标。

图4中描绘了一种量测设备，诸如散射仪。它包括将辐射5投影到衬底W上的宽带(白光)辐射投影仪2。经反射或散射的辐射 10被传递到光谱仪检测器4，所述光谱仪检测器测量镜面反射辐射 10的光谱6(即作为波长λ的函数的强度I的测量)。根据此数据，则产生所检测光谱的结构或轮廓8可由处理单元PU重构，例如通过严格耦合波分析和非线性回归或通过与模拟光谱的库进行对比。一般而言，对于重构，结构的一般形式是已知的，且根据制造所述结构的过程的知识来假设一些参数，只剩下结构的一些参数将要根据散射测量数据来确定。这种散射仪可以被配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。

图5(a)中示出适合在本发明实施例中使用的量测设备。应注意到这只是合适的量测设备的示例。替代的合适量测设备可使用 EUV辐射，诸如例如在WO2017/186483A1中所披露的EUV辐射。图5(b)中更详细地说明了目标结构T和用于照射所述目标结构的测量辐射的衍射射线。所示的量测设备是被称为暗场量测设备的类型。所述量测设备可以是独立装置，或可以合并入例如在测量站处的光刻设备LA中或光刻单元LC中。在具有贯穿于整个设备中的若干分支的光轴由虚线O表示。在此设备中，由源11(例如氙灯) 所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 引导到衬底W上。这些透镜被布置为呈4F布置的双重序列。可以使用不同的透镜布置，假设前提条件是它仍然将衬底图像提供至检测器上，并且同时允许访问中间光瞳平面以用于空间频率滤波。因此，可以通过在表示衬底平面的空间谱的平面(此处称为(共轭) 光瞳平面)中限定空间强度分布来选择所述辐射入射到衬底上的角度范围。具体地，这可以通过在透镜12和14之间插入适当形式的孔板13来实现，所述平面是物镜光瞳平面的背向投影图像。在所图示的示例中，孔板13具有不同的形式，标记为13N和13S，允许选择不同的照射模式。本实施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提供从仅为了描述而指定为“北”的方向的离轴。在第二照射模式中，孔板13S用于提供类似的但是来自标记为“南”的相反方向的照射。通过使用不同的孔阑，则其他照射模式是可能的。光瞳平面的其余部分期望地是暗的，因为期望照射模式之外的任何不必要的光将干扰期望的测量信号。

如图5(b)所示，目标结构T被置放为使得衬底W垂直于物镜 16的光轴O。衬底W可由支撑件(未示出)支撑。测量辐射的射线I从偏离轴线O的一定角度而照射于目标结构T上，产生零阶射线(实线0)和两个一阶射线(点划线+1和双点划线-1)。应该记住，在过填充的小目标结构的情况下，这些射线仅仅是覆盖所述衬底的包括量测目标结构T和其他特征在内的区域的许多平行射线中的一种。由于板13中的孔阑具有有限的宽度(是用以接纳有用量的光所必需的)，则入射射线I实际上将占据一定的角度范围，并且衍射射线0和+1/-1将稍微分散开。根据小目标的点扩散函数，每阶+1 和-1将进一步扩展遍及一定角度范围，而不是如图所示的单个理想射线。应注意的是，可以设计或调整目标结构的光栅节距和照射角度，以使得进入物镜的一阶射线与中心光轴紧密对准。图5(a)和图5 (b)所图示的光线被示出为略微偏离轴，仅是为了使它们在图中更容易区分。

由衬底W上的目标结构T衍射的至少0阶和+1阶由物镜16收集并且穿过分束器15被往回引导。回到图5(a)，通过指定被标记为北(N)和南(S)的完全相反的孔阑，来说明了第一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，标记为+l(N)的+1衍射射线进入物镜16。相比而言，当使用孔板13S来应用第二照射模式时，-1 衍射光线(标记为l(S))是进入透镜16的衍射射线。

第二分束器17将衍射束划分成两个测量分支。在第一测量分支中，光学系统18使用零阶和一阶衍射束在第一传感器19(例如CCD 或CMOS传感器)上形成目标结构的衍射光谱(光瞳平面图像)。每一个衍射阶照射到传感器上的不同点，使得图像处理就可以比较和对比各个衍射阶。由传感器19所捕获的光瞳平面图像可用于聚焦所述量测设备和/或归一化所述一阶束的强度测量结果。所述光瞳平面图像也可用于许多测量目的，诸如重构。

在第二测量分支中，光学系统20、22在传感器23(例如CCD 或CMOS传感器)上形成目标结构T的图像。在第二测量分支中，光阑21设置在与光瞳平面共轭的平面中。光阑21起到阻挡零阶衍射束的作用，使得在传感器23上所形成的目标的图像仅由-1或+1 一阶束形成。由传感器19和23所捕获的图像被输出到对图像进行处理的处理器PU，处理器PU的功能将取决于正在执行的特定类型的测量。应注意到，术语“图像”在此处是在广义上使用的。如果仅存在-1和+1阶中的一个，则将不会形成光栅线的图像。

图5所示的孔板13和场阑21的特定形式仅是示例。在本发明的另一实施例中，使用目标的同轴照射，并且使用具有离轴孔阑的光阑来将实质上仅一个一阶衍射光传递到所述传感器。在其他实施例中，代替一阶束或除了一阶束之外，可以在测量中使用二阶、三阶和更高阶束(图5中未示出)。

为了使测量辐射能够适于这些不同类型的测量，孔板13可以包括围绕盘而形成的一定数目的孔阑图案，所述孔阑图案旋转以使所需图案处于适当位置。应注意，孔板13N或13S可仅用于测量在一个方向上取向的光栅(X或Y取决于设置)。针对于正交光栅的测量，可以实施所述目标旋转通过90°和270°。图5 (c)和(d)示出了不同的孔板。在上文所提及的先前公开的应用中描述了这些的使用以及设备的许多其他变型和应用。

图6(a)描绘了根据已知实践在衬底上所形成的目标结构或复合目标。此示例中的目标结构包括四个目标(例如，光栅)32到 35，这四个目标紧密地定位在一起以使得它们将全部位于由量测设备的量测辐射照射束所形成的测量斑31内。因而，四个目标全都同时被照射并且同时地成像于传感器19和23上。在专用于重叠的测量的示例中，目标32至35本身是由在衬底W上所形成的半导体器件的不同层中经图案化的重叠光栅而形成的复合光栅。目标32 至35可具有不同地偏置的重叠偏移，以便于促成对介于复合物不同部分所形成于的层之间的重叠的测量。下面将参考图7解释重叠偏置的含义。如图所示，目标32至35也可能在它们的方位方面有所不同，以便在X和Y方向衍射入射辐射。在一个示例中，目标 32和34是分别具有+d，-d偏置的X方向光栅。目标33和35是分别具有偏移+d和-d的Y方向光栅。可以在由传感器23捕获的图像中辨识这些光栅的单独图像。这只是目标结构的一个示例。一个目标结构可以包括多于或少于4个目标，或者仅单一目标。

图6(b)示出了在使用来自图5(d)中的孔板13NW或13SE，并且在图5的设备中使用图6(a)的目标的情况下，可形成于传感器23上并且由传感器23检测的图像的示例。虽然光瞳平面图像传感器19不能解析不同的单个目标32到35，但是图像传感器23可以进行这样的解析。暗矩形表示传感器上的图像的场，在该场内，衬底上的照射斑31被成像成对应的圆形区域41。在此圆形区域内，矩形区域42至45表示小目标光栅32至35的图像。如果目标位于产品区域中，则产品特征也可能在此图像场的外围或周缘中可见。图像处理器和控制器PU使用图案识别来处理这些图像，以辨识目标32至35的单独图像42至45。以此方式，图像不必在传感器框架内的特定部位处非常精确地对准，这极大地改善了测量设备作为整体的吞吐量。

一旦已识别出目标的单独图像，则可以例如通过对所识别区域内的选定像素强度值进行平均或求和来测量那些单独图像的强度。图像的强度和/或其他性质可以相互比较。这些结果可以被组合以测量光刻过程的不同参数。重叠性能是此类参数的重要示例。

在量测设备(例如散射仪)的一个实施例中，量测设备适于通过测量在经反射光谱和/或检测配置中的不对称性来测量两个未对准的光栅或周期性结构的重叠，该不对称性与重叠的范围有关。类似的方法可用于测量形成有依赖于聚焦的不对称性的特殊目标上的聚焦。在重叠情况下，两个(通常是重叠的)光栅结构可以被应用于两个不同的层(不必是连续的层)中，并且可以基本上在晶片上的相同位置处形成。散射仪可以具有如在共同拥有的专利申请 EP1,628,164A中所描述的对称检测配置，使得任何不对称性是能够明确地区分的。这提供了一种用以测量光栅中的未对准的直截了当的方法。可以在通过引用而全文并入本文的PCT专利申请公开号 WO 2011/012624或美国专利申请US 20160161863中找到用于在通过周期性结构的不对称性来测量目标时测量在包含所述周期性结构的两层之间的重叠误差的其他示例。

针对于基于衍射的重叠(DBO)量测，重叠是仅使用来自于由堆叠光栅或叠层光栅所衍射的辐射的强度信息而得到的。这会产生极度波长相关的测量敏感性，这是由于正在被测量的叠层的折射率。这种波长相关性/依赖性(通常由摇摆曲线来描述)也极度依赖于叠层的组成和厚度，这导致了过程稳健性或鲁棒性的挑战。

图7是典型的摇摆曲线，包括重叠敏感性K相对于波长λ的关系的曲线图，其说明了此问题。如可见的，存在一定数目的交叉点 CP。这些交叉点CP对应于重叠敏感性K为零(更具体而言，基于强度的重叠敏感性为零)的波长，且因此基于衍射的重叠方法对使用这些波长的重叠不敏感。如此，正在被测量的叠层内的照射(测量)辐射的吸收通常会限制可供用于高品质量测的波长。此外，因为摇摆曲线针对不同的叠层而变化，则仅确保用于测量的照射辐射会避免这些波长为非平凡的/是无法轻易实现的。

可能需要利用较大的波长范围(例如，从DUV到IR)进行的测量，以应对具有挑战性的叠层和应用。同时，需要改善动态范围(即，目标的可允许的衍射效率)和测量速度。由于现有量测设备传感器中通常包含的大量的光学表面，因而难以利用经典的高NA(数值孔径)光学传感器设计来实现这一点。“计算成像”(CI)可提供专利申请EP17199764中所描述的方案，其通过引用而合并入本文中。

在CI中，高品质和高NA成像光学元件被简单的单一透镜替换，例如，它在图像传感器上产生所述量测目标的相对地失真的和畸变的图像。可在已知所述传感器上的光的完全场(强度和相位两者) 时通过直接相位分辨测量(例如全息显微法)或通过相位获取方法(仅从强度测量中获取相位)来获取量测目标的近乎完美的图像。在相位分辨测量中，通过使用全息设置和关于成像系统的所应用知识，可以观察到传感器上的完全电场。相位获取方法可以使用相位获取算法和与成像系统和/或量测目标相关的先验知识。在2017年 11月2日提交的上述专利申请EP17199764.6中已描述了合适的相位获取方法的示例。

提出了一种用于测量重叠(即在层之间的相对位置偏移)的方法，该方法在所有波长处是对重叠敏感的。如此，所提出的重叠量测方法的应用将不受摇摆曲线的限制。这是通过执行相敏(完全场) 测量，并且直接地根据相敏测量值确定所述重叠来实现的。更具体地，可以根据确定由重叠产生的散射(例如衍射)辐射中的相位延迟贡献来计算所述重叠。通过测量由重叠目标所散射的辐射中的衍射阶的振幅(或强度)和相位两者，可以(部分地)消除所述摇摆曲线(即重叠敏感性对于所用波长的依赖性/相关性)。

对堆叠的光栅结构(重叠目标)的照射会导致照射辐射被目标散射。在散射辐射中所产生的衍射阶包括了描述组成每个目标的两个光栅之间的重叠的信息。散射光场包括来自顶部光栅的衍射(由顶部光栅衍射场E _t描述)和来自底部光栅(由底部光栅衍射场E _b描述)的衍射。应注意，这两个衍射场都是用复数来描述的，复数用它们的下划线符号表示。将认识到，对于本领域中技术人员而言，扩展到全矢量散射情况是平凡的/轻易实现的。

因此，探测器平面处的完全场E将包括顶部光栅和底部光栅衍射场的总和(针对于忽略目标内部的高阶散射的近似情况)；即E＝E _t+E _b。两个衍射场E _t、E _b之间的相对相位φ包括由于堆叠引起的第一相位延迟贡献φ_stack和由于重叠OV(包括任何有意的偏置δ) 引起的第二相位延迟贡献φ_OV，即：

φ＝φ_OV+φ_stack 方程(1)

其中：

并且其中λ是测量辐射的波长，且θ是测量辐射相对于目标的入射角。

在最典型的DBO量测方法中，仅捕获强度|E|²(即，此矢量E的长度)，且因此相位信息丢失。其结果是所述摇摆曲线。图8示意性地展示了其中仅强度测量将会是对于重叠不敏感的两个场景。在图8(a)中，由于堆叠引起的第一相位延迟贡献φ_stack为零，而在图8(b)中，此相位延迟φ_stack为π。在复平面中观测到+1和-1光栅阶中每个的复数场。对于仅强度量测，仅捕获场的强度(矢量的长度)。在这两种情况下，将会看似没有不对称性，且因此没有位置偏移(重叠＝0)。这可以通过分别捕获每个+1和-1衍射阶的完全场(振幅和相位)E ₊和E _-来克服。通过捕获完全场而非仅捕获量值，可以直接地确定第二相位延迟贡献φ_OV(即，重叠引起的相移)，且因此可以使这种测量对重叠敏感。

在以下段落中，将描述用于获取第二相位延迟贡献φ_OV的方法。第二相位延迟贡献φ_OV可分别根据如下式由+1阶的相对相位φ₊和-1 阶的相对相位φ_-确定：

然后可以根据第二相位延迟贡献φ_OV来确定重叠。在DBO技术中，不能直接地存取在由底部光栅和顶部光栅所衍射的场之间的相对相位差φ₊＝φ_+b-φ_+t(且类似地φ_-＝φ_-b-φ_-t)(其中b和t下标分别表示这些底部光栅和顶部光栅)，这是因为相位φ_+t，φ_-t通常并非已知的。现在将描述用于获取+1阶的相对相位φ₊和-1阶的相对相位φ_-的数种方法。应注意，虽然所提供的示例是指+1和-1衍射阶，但是可以替代地使用任意多对的对应高阶(例如+2、-2等)。

因为正在捕获振幅(或强度)和相位，建议使用空间上(部分地)相干的辐射来测量所述目标。正在被测量的目标可以采用已知 DBO类型复合目标的形式，尽管应该认识到本文所描述的构思适用于使用任何合适目标设计的任何基于散射测量的量测。如此，所述目标可以包括两个(子)目标，或者可选地每个方向两个(子)目标：即，用于捕获x方向和y方向上的重叠的多个单独对的目标，这两个目标在故意施加在分量光栅之间的它们的故意偏置δ方面不同。在实施例中，两个目标可以具有不同的施加偏置δ₁、δ₂。然而，对于描述的其余部分，所提出的目标布置将包括具有故意施加偏置δ的第一目标和没有任何故意偏置的第二目标。

在实施例中，利用空间相干辐射来照射每个目标。可以相干地 (通过直接、全息和/或通过相位获取方法)确定来自两个光栅E ₊，E _-和E _+δ，E _-δ的+1和-1衍射阶的完全场。这些场包括：第一正高阶衍射场E _+δ，包括从由第一(偏置)目标衍射的正衍射阶(例如，+1)所捕获的完全场；第二正高阶衍射场E ₊，包括从由第二(未偏置)目标衍射的正衍射阶(例如，+1)所捕获的完全场；第一负高阶衍射场E _-δ，包括从由第一(偏置)目标衍射的负衍射阶(例如，-1)所捕获的完全场；以及第二负高阶衍射场E _-，包括从由第二(未偏置)目标衍射的负衍射阶(例如，-1)所捕获的完全场。

在第一实施例中，提出了用于绝对相干测量的算法。在这样的实施例中，只需要一个目标和两个绝对相位测量。可以从单个目标的+1和-1衍射阶的相干测量中获取所述重叠，前提是来自顶部光栅的衍射的绝对相移是已知的(这可以例如使用全息方法来确定)。为了实现这一点，顶部光栅的x和z位置应以比所需的重叠分辨率更高的准确度来确定。可以从目标的图像中得到x位置的确定。本实施例类似于基于图像的重叠测量，并且具有且许多缺陷。

在这样的实施例中，重叠引起的相移φ_OV可根据以下来计算：

或

其中，偏置引起的相移φ_δ＝2πδ。应注意的是，测量噪声可能使角度φ_OV复数化。这可以通过确保角度始终为实值来解决。

在第二完全相干测量实施例中，不需要绝对相位确定。相反，测量两个目标(例如，如所描述的：具有偏置δ的第一目标和不具有偏置的第二目标)，并且捕获四个衍射场E _-、E _-δ、E ₊、E _+δ之间的相对相位(即，与目标的+1和-1衍射阶中每个衍射阶相关的且来自目标中每个目标的场)。然后，可根据以下公式计算重叠引起的相移φ_OV：

其中，偏置δ等于光栅节距p的一半p(δ＝(p/2)。此特定偏置并非要求，但简化了针对重叠引起的相移φ_OV的计算。这种方法可能最适合于同时捕获+1和-1衍射阶的量测布置；例如，相对于目标使用针对测量束的法向(或接近法向即近正入射)入射的量测布置。对于这种布置，四个场之间的相对相位可以被相对简单地捕获。替代地，可以旋转所述晶片来测量正衍射阶和负衍射阶两者。

上述实施例可细化为部分相干测量实施例，使得只需了解与正衍射阶E ₊、E _+δ相关的衍射场之间的相对相位，以及与负衍射阶E _-、E _-δ相关的衍射场之间的相对相位。例如，当使用一种采用离轴照射的量测布置时，此实施例可能有用，其中测量束可以是偏离法向达到例如80度的任何测量束。在这种布置中，正衍射阶和负衍射阶可以被单独地捕获(例如，在多次单独的采集中)，且因此它们之间的相对相位可能不可获得。如此，可以从场E ₊、E _+δ的组合和场E _-、E _-δ的组合中获取在此实施例中的重叠引起的相移φ_OV。

如前所述，由于从顶部光栅所衍射的场的相位是未知的，因此无法直接地测量顶部和底部光栅之间的相对相位差。然而，当第一和第二目标的顶部光栅之间的相位关系已知时，则可按如下来获取相位φ₊、φ_-：

根据场E ₊和E _+δ，可以确定来自顶部光栅的+1衍射场E _+t和来自底部光栅的+1衍射场E _+b：

因此：

这些步骤可以随后针对-1衍射阶重复进行，以确定φ_-。重叠引起的相移φ_OV可根据以下来计算：

2φ_OV＝φ₊-φ_- 方程(9)

因此，对于偏置引起的相移φ_δ＝2πδ(其中δ项相对于光栅节距被归一化)并且代入上述值，则可根据以下公式来计算重叠引起的相移φ_OV：

其中复数z的符号由sgn(z)＝z/|z|限定，且如此具有确保不需要加与减阶即正负阶之间相对相位的效果。

如果选择优化的偏置δ，它包括光栅节距p的一半(即δ＝p/2)，则计算可以简化。在这种情况下，方程变成：

应当理解，对于此部分相干实施例，在所测量图像中(即，在检测器上)的对比度将低于对于完全相干实施例的对比度。然而，将获取(或如果使用全息摄影则直接地测量)同一相位信息。因此，除了对比度的损失的归一化方面，与部分相干的和完全相干的实施例相关的方程是相同的。

在所有情况下，可根据下式从重叠引起的相移φ_OV计算实际重叠 OV：

根据当前的DBO方法，可以取目标光栅节距p为模来获取该重叠；例如，

上述方程仅考虑一阶散射，从而导致在重叠引起的相移φ_OV和所得的重叠OV之间的线性关系。然而，已确认，近场效应和/或高阶衍射效应可能会向这种关系增加非线性，但是这种非线性预计非常小且因此可被忽略(或替代地加以校正)。将认识到，如所描述般优化所述偏置(δ＝p/2)，减少了这种非线性的影响。另外，这种偏置应改善信噪比。

用于测量或提取所需相对(或绝对)相位的任何方法可用于上述方法中。现在将通过示例来描述一些示例测量方案。在每种情况下，应使用空间上(部分地)相干照射。

图9示意性地图示数字全息显微镜布置。已知参考场(例如，来自参考激光束RB)与来自衍射阶+1、-1(从目标T衍射)的物场在传感器SEN(例如CCD或CMOS)上以相干的方式组合。例如，使用合适的计算机算法，将来自组合场(例如，来自传感器上的额外条纹)的所测量强度分解为参考场和物场。这自然地提供了物场的强度和相位，由此获得来自两个光栅的衍射阶之间的相位关系。数字全息显微术允许在不需要任何先前目标知识的情况下根据单次测量来确定相位，且甚至能够进行绝对相位测量。

在替代实施例中，可以采用计算成像/相位获取方法。在这种方法中，根据所述目标的一个或更多个强度测量来获取目标的振幅和相位。相位获取可使用量测目标的先验信息(例如，以用于包含在形成了用以推导/设计所述相位获取算法的起点的损失函数中)。替代地，或者结合先验信息方法，可以进行分集测量(deversity measurements)。为了实现分集(deversity)，成像系统在测量之间稍作改变。分集测量的一个示例是跨焦步进，即通过在不同的聚焦位置处获得测量。用于引入分集的替代方法包括例如使用不同的照射波长或不同的波长范围，调制所述照射，或在测量之间改变所述照射在目标上的入射角。

需要相位获取布置以确定两个目标之间的相对相位。一般而言，相位获取不必保证这一点。例如，因为信息不充分，这通常不可能仅来自最佳聚焦处的单一测量。当由两个目标所发射的场相互干扰时，能够获得充足的信息；然而当焦点对准时，来自每个目标的衍射阶趋于狭窄，且因此不会干扰来自另一目标的衍射阶。如此，提出了离焦测量。由两个光栅之间的节距来设定所需的离焦距离。在一实施例中，离焦距离可通过以下方式减小：

·缩短目标之间的距离，以确保对应场的直接干涉(即，与类似的较高衍射阶有关，使得来自第一目标的+1衍射阶干涉来自第二目标的 +1衍射阶，且对于-1衍射阶类似)。例如，使得相对于针对每个目标的点扩散函数的空间相干长度，目标之间的距离并非很大；

·紧挨着产生中间(参考)场的两个目标添加一个额外结构(例如单个光栅)，该中间(参考)场干涉来自两个目标的衍射场；或

·在产生中间(参考)场的目标中的每个目标的邻域中添加两个或多个额外结构(例如，在每种情况下为单一光栅)，使得来自每个目标的场中的每个场经受来自对应额外结构的衍射场的干涉。

描述迄今为止已集中于重叠的确定，即不同层的相对对准。本文所描述的原理也可用于确定单个结构或目标的置放误差。当利用光刻设备印刷光栅时，光栅的准确印刷部位可能偏离所需的位置。否则，在同一层中暴露的两个光栅之间可能存在不期望的相对位置偏移。这可能是由于光刻设备的成像透镜中的透镜像差造成的。偏差通常取决于掩模版上的部位和/或光栅节距和/或晶片加工变化。可能需要监控同一层中光栅的相对位置的另一应用是若(例如)当两个光栅在不同的光刻步骤中印刷时，但被印刷于同一层内。例如，在某些多重图案化过程中，诸如在LELE(光刻－刻蚀－光刻－刻蚀)过程中，可能是这种情况。另一示例是用于监控被缝合或拼合的管芯的对准。取决于在光刻设备的单次曝光中可以曝光的最大区域(最大扫描场区域)，有可能的是将单个电路/器件层在缝合在一起的两个(或更多)曝光中进行曝光(拼合的管芯)。为了测量经拼合管芯的两个子场的对准，可以形成拼合的光栅对或拼合的目标，其可以包括第一子场上的第一光栅(例如，从第一掩模版而被图案化)和第二子场上的第二(互补)光栅(例如，从第二掩模版而被图案化)。然后可以测量互补图案的相对定位，以提供两个子场(“经拼合的重叠”)的相对定位的测量。

现在将描述使用相敏测量来用于测量(局部)置放误差的方法。该方法包括对两个目标进行相位测量，每个目标包括单个光栅(例如，在单层中)，并且根据在两个光栅之间的位移引起的相位差来确定相对位移(例如，假设以已知照射角度来照射)。该方法可以使用本文所描述的任何方法来确定/提取相位信息。也将描述单个目标实施例。

考虑足够接近彼此而置放的两个目标(例如，单个光栅目标)。在此示例中，足够接近可以使得对于针对每个目标的点扩展函数的空间相干长度而言，目标之间的距离并非很大(如已经描述的，如果并非足够接近，则可以使用一个或更多个中间结构或中介结构)。可以测量两个目标的图像，包括针对整个图像的相位信息。例如，图像可以是暗场图像，使得单个光栅线无法被分辨。来自两个目标中的第一个目标的至少一个高衍射阶和来自两个目标中的第二个目标的至少一个高衍射阶之间的相位差包含有关光栅之间距离的信息。第一光栅充当针对第二光栅的位置的参考。这在构思上类似于使用数字干涉仪进行的测量。

两个光栅可以有不同的节距p₁、p₂和不同的光栅阶m₁、m₂。可根据位移引起的相位差φ₁-φ₂找到位移D₁-D₂(取有效光栅节距为模)。更具体地，所述位移可通过以下来找出：

应注意，目标之间的任何编程的偏移都会在此方程中添加“编程的”位移项。

在实施例中，可以确定描述两个部位之间的置放误差变化的置放误差变化度量(例如，其中第一部位是第一光栅的部位，第二部位是第二光栅的部位)。这可以包括计算出针对所述相位差φ₁-φ₂的置放误差变化度量，或者更具体地，计算出差

置放误差变化度量可以包括标准偏差，或者基于标准偏差的度量。在实施例中，合适的基于标准偏差的度量可以包括使用MAD (中值绝对偏差或绝对中位差)估计量或MAD度量。MAD与标准偏差相关，但显著地更稳健或更鲁棒(即，它可以容忍高达50％的异常值)。

应注意，置放误差变化度量的计算应考虑到由于模2π行为而引起的潜在问题。这可以被认为是关于无法确切地知道光栅相对于传感器光轴的原点在何处。为了说明模2π行为，提出例如在像素级引入任意2π相移，以使得产生的标准偏差(或其他变化度量)最小化。

单个目标(光栅)实施例可以基于这样一个事实，即在单个目标内，将会预期到作为该单个目标内的部位的函数的恒定相位φ。这忽略了边缘区域，例如，由于目标衍射效应，将会出现相位变化。相位φ的变化可以通过置放误差变化度量来确定，诸如基于标准偏差的度量(例如，如所描述的MAD估计量)。此置放误差变化度量可以充当针对单个目标区域内的置放误差的KPI。

相位获取本身可以基于前述专利申请EP17199764。这描述了根据强度测量来确定对应的相位获取，使得就其电场(振幅和相位) 描述了目标和照射辐射的相互作用。强度测量可能具有比常规量测中所使用的强度测量的情况更低的品质，且因此可能如所描述般离焦。所描述的相互作用可包括紧靠地位于所述目标正上方的电场和 /或磁场的表示。在这样的实施例中，利用在与目标平行的平面中的 (例如，二维)表面上的无穷小的电流和/或磁流偶极子，则受照射的目标电场和/或磁场图像被建模为等效来源描述。这样的平面可以例如是紧靠地位于目标正上方的一平面，例如，根据瑞利准则而聚焦对准的平面，但模型平面的部位并不关键：一旦一个平面处的振幅和相位是已知的，则它们就可以通过计算传播到任何其他平面 (聚焦对准、离焦，或甚至是光瞳平面)。替代地，描述可以包括目标或其二维等效物的复数传输。

相位获取可以包括对所述照射辐射与所述目标之间的相互作用对于衍射辐射的影响建模以获得建模的强度图案；以及优化所述模型内的电场的相位和振幅以便使建模的强度图案与检测到的强度图案之间的差异最小化。更具体地，在测量采集期间，在检测器上捕获图像(例如，目标的图像)并且测量其强度。相位获取算法用于确定在与目标平行的(例如，紧靠地位于目标的正上方)平面处的电场的振幅和相位。相位获取算法使用理想传感器的正向模型 (例如，像差和相干度)来对目标进行重新成像，以获得对于探测器的平面处的场的强度和相位的建模值。不需要目标模型。就相位与振幅方面(例如，迭代地)最小化所述建模强度值与所检测到的强度值之间的差异，并且所得的对应的建模相位值被视为所获取的相位。

用于获取相位的所需信息可能来自所述分集(多个分集式测量或图像)。替代地或组合地，可以使用先验(目标)知识来约束所述相位获取算法。例如，先验知识可以被包括在形成用以推导/设计所述相位获取算法的起点的损失函数中。在这样的实施例中，先验知识可以基于某些观察；例如，在目标的多个图像的每个图像之间存在许多规则性。可以在单个测量(例如，使用多于一种照射条件的测量，例如，多波长测量)中，或根据已经描述的分集测量(不同的聚焦水平等)获得多个图像。可以观察到，对于每个图像，目标包括具有基本上相似形式的平坦结构。特别地，对于每个关注的区域，每个所获得的目标图像具有相同或非常相似的位置和形状。例如，在目标是具有当前所使用的DBO目标的一般形式的x和y 方向复合目标的情况下，每个图像将通常包括具有与构成复合目标的每个目标的位置对应的相对平坦的强度分布的相对高强度区域(例如，较大的方形图案的每个象限中的相对平坦的强度分布)。可以例如通过总变差或矢量总变差正则化的泛化或推广(即，对目标图像的梯度施加L1惩罚)来利用图像之间的这种相似性。这种矢量泛化的益处是它引入了例如不同照射条件之间的耦合。

应清楚的是，分集、先验目标知识或两者都可以用于相位获取。在有充足的分集的情况下，不应必需基于先验目标知识来施加约束以保证收敛。同样地，通过使用先验目标知识约束所述相位获取算法，则分集不应为必需的(例如，以不同的散焦程度进行测量)。通过使用分集和施加先验目标知识约束两者，可以获得较大的收敛准确度或较好的收敛保证。例如，用于执行这种方法的量测设备可以采用图5(a)中所示的形式。然而，这仅仅是说明性的，并且可以使用任何合适的基于散射测量的量测装置。

虽然以上示例是就重叠方面进行描述的，但是本发明同样适用于基于对在诸如目标之类的结构中的不对称性进行测量的任何量测。虽然重叠是可以此方式测量的关注的特性的一个示例，但是其他示例可以包括聚焦和/或剂量。这些例如可以从以聚焦或剂量依赖的/相关的不对称性(其可以被测量回溯)以及据此所确定的曝光聚焦位置和/或剂量而被曝光的目标来进行测量。本文中的构思适用于的关注特征的另一个示例是EPE(边缘置放误差)，它是重叠的更复杂形方程(例如，重叠和临界尺寸均匀性的组合)。

在另一实施例中，提出了可以用作绝对性能度量的一种新的性能度量或关键性能指示器(KPI)。目前，典型的基于(仅)强度不对称性的重叠不具有绝对的参考，因为真实的重叠是未知的。因此，从基于(例如)使用不同照射特性(波长等)所测量的目标的重叠测量的相对KPI获得了性能评估。同样的问题随着上述文件 EP17199764中所描述的方法而出现，该文档规定了从目标进行的对于振幅和相位的测量。只有在从这个振幅和相位图像提取重叠值，并且将这种所提取的重叠值与使用另一波长(举例而言)所确定的重叠值进行对比之后，才能评估测量性能。

在此实施例中所提出的KPI背后的基本构思是以数字表示的方式确定偏置δ(即，偏置引起的相移φ_δ)，并且将此与预期偏置δ或预期的偏置引起的相移φ_δ进行对比。假设没有制造误差(例如，过程变化或类似情况)，这些值匹配得越接近则测量性能越好。在此实施例中，将能够互换地使用术语“偏置引起的相移”和“目标偏置”，因为它们仅相差2π除以目标光栅周期的因子。

再次考虑部分相干实施例，将提供与方程(11)的推导类似的推导，但该推导明确说明了在正衍射阶与负衍射阶测量之间可能存在的传感器传输偏差φ_sensor，这可能是复数的。E _-和E _-δ的各相应E ₊和E _+δ的单独测量将产生：

其中两个目标光栅的节距对应于2π的相位。

在方程(15)至(18)中，已知/测量了场E ₊ E _+δ E _-和E _-δ，也已知偏置引起的相移φ_δ(尽管在此实施例中将其假定为未知的并且以数学方式导出为KPI)，并且其余参数是未知的。这就产生了八个(实值)方程和八个未知方程，这些可以如已经描述的针对重叠OV进行求解；例如，

其与方程(10)类似。

为了推导KPI，在此实施例中提出用以求解针对由未知的目标偏置引起的相移φ_δ的方程(14)至(17)(即，假定已知的故意目标偏置δ是未知的)。结果是下列的一对方程：

第二个方程是方程(19)。针对完全相干测量实施例(方程(6)) 和绝对相干测量实施例(方程(4)或(5))，可以用类似的方式推导出相等的成对的方程。

提出借助于对这两个方程进行的数值求根来求解针对未知目标偏置φ_δ的成对的方程(20)，从而求出供对于第一个方程左侧确实为零的未知目标偏置的值。

图10(a)示出了方程(19)的第一个方程的左侧的值的曲线图，作为未知目标偏置φ_δ的函数，其中实数部分显示为实线并且虚数部分显示为虚线。曲线图中显示了多个根；0和2π处的根可以被舍弃，因为这些都是上述两个方程的不重要的非关注的解。图10(b)是图10(a)的部分的放大详图。这显示了三个根，其中最接近于或等于已知故意偏置的根被认为是正确的。因此，在这个具体的示例中，已知的目标偏置为0.10rad，且因此在图上的0.10rad处或0.10 rad附近可以观察到的根是正确的。应注意，其他两个根都接近于0.47rad。

因此，通过以这种方式在数学上确定所述目标偏置φ_δ，就可以推导出可以与已知的故意目标偏置2πδ相比的KPI，以便评估测量性能。这就产生了基于对目标的相位和衍射强度的了解来用于评估测量性能的KPI。可以对于重叠目标(例如，由计算成像生成)的所生成振幅和相位图像直接地使用KPI(即，不需要将其与例如使用不同波长的测量进行对比)。这是有益的，因为它可以用于例如比较不同的计算成像部件设置(例如，光学元件校准策略设置和/或相位获取算法设置)而言它们的性能。此KPI也可以在用于评估不同的测量选配方案(例如，目标特性和照射特性的组合)的量测鉴定中使用。例如，KPI可用作用以在这样的量测鉴定步骤中增加波长选择的绝对参考。更具体地，有可能的是这种方法包括仅考虑到供实现所估计的目标偏置(KPI)与已知的预编程目标偏置充分匹配 (例如，在阈值内充分匹配)的那些照射特性(例如，波长)。

现在将基于图11所示的照射和目标的简单模型来披露使用了本文所描述的构思的一些附加的实施例。这示出了具有顶部光栅t和底部光栅b的DBO目标的简单衍射模型。描述将涉及到被设计用以在一个方向(X或Y)上进行测量的单一重叠目标；扩展到完全 X+Y重叠目标是直截了当的/简单的。在下面的讨论中，这个单一重叠目标包括两个子目标，第一子目标具有负偏置-d且第二子目标具有正偏置+d。这与先前所描述的一个偏置目标和一个无偏置目标相反；原理在每种情况下都是相同的，仅数学上的一些小细节描述有所变化。

目标以两种模式曝光：正常照射IN和互补照射IC。在正常照射模式情况下，由量测工具来一起检测由顶部光栅和底部光栅所衍射的+l阶，在互补照射模式的情况下，检测经组合的-l阶。可以经由两种不同的测量模式获得所述两种照射模式：晶片旋转(WR例如在0度(即WR0)与180度(即WR180)之间)或互补孔径(CA)。基于这些测量模式，系统行为被限定为根据以下条件来确定重叠 OV和工具所引起的移位TIS：

当系统出现像差时，最好在WR模式情况下执行重叠测量。这固定了穿过光学元件的光路，并且减少了像差的影响，且也也使得能实现信号中的工具引起的不对称性与目标引起的不对称性较好地分离。通常情况下，切换孔径比旋转晶片快得多，因此在CA模式情况下测量重叠时会带来吞吐量方面的益处。

可以就顶层和底层处的衍射场、那些场之间的相位滞后以及未知的公共相位方面来表示所测量的场：

并且其中由所施加的偏置和相对于螺距P的OV来确定相位项

和

应注意，符号与上面所使用的符号略有不同，以强调未知的公共相位，并且阐明未知的数量。例如，在这种符号情况下，与方程 (19)等效的针对重叠的表达式如下：

可以看出，这些关系给出了八个独立的方程(每个所测量的复数场有两个方程)，而存在六个未知的方程以及由设计已知的一个参数。如前已描述的，这些关系可用于甚至在传统DBO具有为零的堆叠敏感性的情况下从所测量的场推导出重叠。

进一步提出可以确定所测量的重叠对于所测量的场中的误差的敏感性。这可以用来预测所测量重叠的精确度，并且因此作为与特定应用直接关联的品质KPI。

从方程(27)开始，可以推导出在每个所测量的场中的误差的敏感性。更具体地，当将在所测量的场E_-中的误差写成振幅与相位的相对误差：

时，可以推导出针对在E_-中的测量误差的敏感性的方程：

和

类似地，可以推导出对于其他所测量的分量之一中的误差的敏感性。取决于测量误差的来源(噪声或系统性)，可以增加敏感性 (例如，呈均方根(RMS)或线性形式)。对于场振幅或场相位中的测量噪声的RMS敏感性可显示为堆叠相位延迟

的函数。应注意，如果使用另一个OV获取算法(见下文)，上述敏感性方程将发生变化，但该想法仍然保持有效。

迄今为止所描述的方法基于针对重叠的分析解(例如，方程(l9) /(27))，这对于理想的无误差情况是完美的。在存在测量误差或目标瑕疵(缺陷、过程变形、光栅不平衡)的情况下，此解决方案不一定是最佳的。例如，对于20°的

的值，基于解析表达式的相位解析方法与仅基于强度的DBO测量相比具有对于振幅误差的较高的敏感性，而将相位作为附加信息包括在内应该能够实现较低的敏感性。

作为使用分析表达式的替代，通过使用方程(2l)至(24)作为针对所测量信号的模型，并且求出使在所测量的复数场与建模的复数场之间的差异最小化的值，则可以获得较稳健/较鲁棒的OV估计量。此想法的一种可能实施方式是使用最大似然估计量。加权可以应用于在这种最小化中所使用的成本函数中，以抑制对某些误差源的敏感性，例如(在任何组合中)以下的一个或更多个：

·所测量的电场的相位中的比振幅中更高的噪声；

·系统传感器误差(传感器不对称性)对于所测量的场的影响；

·已知在所测量的场上较频繁地出现的过程误差的影响；

·所测量分量的噪声中的相关性(诸如强度不对称性与电场不对称性之间的相关性)的影响。

选择用于从完全电场中提取重叠的最佳方法也可以基于

的值；可以示出的是，针对各种方法的敏感性强烈地或明显地取决于此参数。

已经描述了基于所计算的和已知的

之间一致性的KPI(即基于预编程重叠偏置的KPI)。除此之外，全套方程(2l)至(24) 也允许求解参数E_b、E_t和

如图11所图示，这些参数取决于目标，并且更准确地，取决于构成目标的几何形状和材料。这些继而取决于制造处理条件。因此，这些参数可以用作一致性KPI；监视这些参数并且标记变化可以有助于过程监控。在大批量生产中，有可能例如基于用以确保测量品质的最小敏感性或基于对过程变化的统计分析来设定控制极限。

除了使用剩余的信息来推导这些一致性KPI之外，可以另外推导出以下方程，这些方程适用于对理想目标的理想测量(无噪声和误差)：

|E₊-E_+δ|＝|E_--E_-δ| 方程(30)

和

可以对来自这些等式的偏差进行分析以找出根本原因。例如，随机变化表明测量噪声是问题，而系统的跨晶片指纹则指示了会对正偏置和负偏置目标产生不同影响的处理效果。应注意，例如，这些方程中的第二个方程描述了其中针对于理想目标所述底部光栅的+1阶和-1阶衍射效率相似的假设。如果可以排除测量工具的不对称性(见下文)，则与此方程的偏差可能指示底部光栅不对称性。

在DBO中，以不同的方式组合了各种信号之间的强度差异，以进一步分离不对称的根本原因。应注意，由于未知的公共相位项，此方法不能直接地应用于电场；然而，它可能有助于计算和监控除上文所提及的信号组合之外的其他信号组合。

分析上文提及的所有参数的跨晶片、晶片之间、以及工具之间的变化可能是有用的，以更好地理解过程变化的发生和机理。这样可以使得能够提取工具和过程KPI。

上述方法用于理想的均匀目标对。这些构思也可以在像素对的基础上使用，以确定目标内部的变化。例如，在晶片处理期间会出现误差。这种处理误差在重叠目标中通常很明显，这提供了用以诊断它们的机会。然而，目前基于图像的量测技术提供了不充分的信息(即，仅有强度的条纹)来实现这一点。

通过使用相位分辨重叠测量，在图像中逐像素(逐点)测量，可以获取从顶部光栅所发射的波的强度和相位两者。这允许实现：

·获取顶部光栅的形貌；

·每像素重叠测量；

·形貌信息可被馈送到堆叠的模型内。

更具体地，可以获取堆叠中光的光学路径长度。这提供了关于制造误差(堆叠厚度/折射率变化)的信息。当层厚度和折射率已知时，这甚至可以直接地得出顶层的形貌。

基于上文描述的部分相干测量实施例的假设，可以推导出就所测量的复数电场E ₊、E _+δ和E _-、E _-δ方面而言来表示光学路径长度的公式。晶片上两个部位之间的光学路径长度差ΔOPL(r_i，r_j)，(取波长λ为模，即，对于小于一个波长的光学路径长度差)，可由以下而推导出：

其中，在取对数的虚部或自变量时(任何实部给出在堆叠中的吸收的测量值或指示出在两个部位处的不同衍射强度)，则由以下式来给出Δφ_{stack}(r_{i}，r_{j})＝φ_{stack}(r_{i})-φ_{stack}(r_{i})：

并且其中：

现在将描述另一个实施例，其中针对多个采集中的每个来确定每阶的不对称性，其中可以在不同的采集设置的情况下执行每个采集。不同的采集设置可以包括例如不同的波长、偏振、聚焦设置、任何其他相关参数设置和/或两个或更多个这些参数的不同组合。然后，可以组合多个采集的不对称性。

当由所述相位获取算法将所有采集组合成单一相位获取时，如迄今已描述的，故障排除或优化可能是问题。对于每种计算方法 (强度、相位等)，报告了单一的重叠值。以上描述的构思可能在提供所采集的图像内可靠的相位获取结果(衍射角、衍射阶)方面受到硬件的限制。图像之间可能存在任意的相位偏移。

通过使用如在此实施例中所提出的多个采集，可以针对这些多个采集的非线性分布分析和/或偏移而应用的额外校正，使得能够实现在测量/采集设置和有效的选配方案设置中的故障排除。另外，多个采集方法可以用作后备，诸如当在多个采集期间所述相位获取算法没有被完全理解时。

可以不再按照偏置方向来计算不对称性信号，这是因为这需要取+1阶和-1阶之间的差，并且在这两个阶之间存在任意的相位偏移。因此，提出按照阶来计算不对称性。如此，用于计算由于重叠

引起的相位贡献的重叠相位计算可以被重写为：

其中

可以针对每个采集设置(例如，每个波长和偏振状态(或甚至是聚焦水平))来计算不对称性A₊和A_-。这就针对多个采集校正而创造了多种可能性，例如用以校正：

·每不对称性的偏移量，即按照不对称性的偏移，

·

上的偏移量，

·非线性，

·作为

的函数等。

如此，在此实施例中，可以(就不对称性A₊和A_-和/或其他度量(例如，拟合收敛、计算时间))按照采集设置来报告中间结果或报告每个采集的中间结果(即，针对每个采集的一个结果)。然后，可以根据中间结果的组合来计算关注的特性(例如，重叠)，且其中存在对于任何偏移和相关性的一个或更多个额外校正。

例如，

可被计算为：

其中：

A₀₊是A₊上的偏移量，A_0-是A_-上的偏移量，且

是

上的偏移量。

变量可以是

或与重叠和偏置无关的任何其他变量的函数。

可对中间结果执行统计分析以估计所计算的关注的特性的准确性和稳健性/鲁棒性。此外，可以对统计分析执行分类和故障检测以检测偏离的测量条件和/或光学(子)分量。还可以就拟合方面对任何中间结果执行统计分析，以便估计关注特征的拟合品质。可基于这种统计分析来确定最佳测量设置/选配方案和拟合情境。

更具体地，所述统计分析可以包括基于单个采集的结果的分布分析(例如异常值检测)来确定哪些采集对相位获取步骤贡献最大或最佳地拟合相位获取步骤。此信息可用于分类以及对测量执行故障检测。有可能检测偏差(不合规格)的测量条件，以及也检测偏差光学(子)分量，例如光瞳的部分。例如，这可用于触发维护动作(例如，硬件部件的重新校准、更换等)或避免一个或更多个特定条件。

对多个采集所执行的分布分析也可以与相位获取算法性能的度量相组合，例如收敛/计算时间。然后可以在采集/计算时间和重叠性能(准确度/鲁棒性)之间进行权衡。这样的权衡可以作为针对相位获取方法的选配方案设置步骤。

也可以在选配方案设置和优化期间使用上文描述的各种KPI 和敏感性分析。在这种情境下应注意，相位信息的使用也可能导致光栅的偏置的另一种选择，从而导致另一

以改善OV获取鲁棒性。例如，具体的这种实施例可以在当前的量测设备(例如，使用较复杂的光学元件且像差保持在最小值的那些量测设备)上找到效用/ 实用性。图12(a)示出了当前用于选配方案设置和优化的典型过程流程(称为整体量测鉴定(HMQ))。该方法旨在基于随后在多个照射设置(波长和其他选配方案设置，例如偏振、孔径)情况下对目标/部位进行稀疏然后密集采样，以找到最佳(单波长/多波长) 选配方案。

在步骤1200处，使用可用的完全波长光谱(或大量波长)来对相对较低数量目标执行预选择方法。例如，在此步骤处所测量的目标的数量可以少于20，更具体地介于5与15之间。波长的数目可以例如在30与50之间，或者大约40。在子步骤1210处，针对优化步骤1220选择较好的执行照射特性的子集(包括例如，在10 与20个波长之间，或大约15个波长)。优化步骤1220包括利用所选择的(例如，约15个)波长来测量密集数量的目标。例如，目标的数量可以是大于50、大于70、大于90或者大约100。优化包括评估子步骤1230，其中针对准确性和稳健性/鲁棒性来评估在不同照射条件下的测量。此评估步骤可以使用针对实际重叠值的参考 ref。由于实际重叠值通常未知，则可以使用用于确定参考的方法。例如，可以使用在通过引用而被全文合并入本文中的PCT专利申请 WO 2015/018625中所描述的A₊与A_-分析来获得自参考重叠值。这种方法可以包括通过针对不同波长的A₊和A_-的图进行回归，以获得针对每个目标的重叠值，并且将针对所有目标的这些重叠值平均化以获得参考值。可使用其他参考方法。此方法的结果是经优化的(单波长或多波长)选配方案1240。通常，此流程花费大约1小时来执行。

在这种方法流程中存在许多缺点。虽然上面所描述的重叠参考示出相当好的性能，但是它具有所测量图像的强度－相位在常规采集中并非已知的固有局限性。此强度－相位可以包含关于重叠的有价值的信息。

图12(b)示出了根据实施例的所提出的方法。其基于以上描述的原始流程，并且以虚线示出。如此，提出了与图12(a)的HMQ 流程并行地执行的额外步骤，以便确定针对优化1220/评估1230步骤的改进的重叠参考。在步骤不从图12(a)中的步骤改变时，则将不会描述这些步骤。

预选择步骤1200稍微改变，因为所有预选择测量是以分集执行的，更具体地在多个(例如，3与5之间)聚焦水平执行。如前所述，在相对较低数量的目标上利用大量(例如，全波段)波长来执行此步骤。

在子步骤1250处，基于这些测量的结果，选择了所测量的目标和波长/照射设置的子集(并且可选地使用聚焦水平，否则使用与针对所有聚焦水平的子集相关的测量)。例如，对于3至5个聚焦水平，所述子集在波长为10个或更少的情况下(例如，在5到10 个波长之间)可以基于5个或更少的目标。在步骤1260处，执行了相位获取以获得针对每个目标的完全场值。在步骤1270处，对离焦执行的测量，执行聚焦校正。在步骤1280处，基于所获取到的相位，根据经聚焦校正的测量值来计算参考重叠以及视情况的任何其他KPI。可以使用本文中所披露的任何合适的方法来执行步骤 1260至1280。在优化阶段1220结束时，在评估子步骤1230中，将所确定的重叠(和/或计算出的完全场)的输出用作用于与所测量数据进行对比的参考。由于有限的目标采样，相位获取输出应足以指示准确度。为了稳健性或鲁棒性，仍然可以使用其他参考(例如，较早先描述的自参照)例如用以量化跨越整个衬底上的变化。此构思不限于找到重叠参考。可以用这种方式来确定(例如在DBF选配方案优化流程中的)聚焦参考。

现有的量测装置使用部分相干辐射。例如，可以通过使用相干系统的总和来执行部分相干相位获取。此方法的一个可能的负面之处可为存在着待解决的众多系统，这可能会影响计算时间至高达 l00倍的因子(尽管设想了用以减少或消除这种时间影响的方法)。为了增加相位获取计算的速度，可以调谐输入参数；例如，波长数量和聚焦水平(稀疏采样)。如果存在，则量测设备的板载GPU可用于执行相位获取计算。而且，所述相位获取算法的效率也可得以改善。通过这种方式设想到，可以在30分钟内对单个(或几个) 目标执行相位获取，速度足够快以与现有的HMQ方法流程并行地运行。

因此，总而言之，提出了一种用于测量关注的特性的方法，该方法包括直接地根据关注的特性对于由结构散射的辐射的相位的影响来确定与所述结构相关的关注的特性。更具体地，该方法包括当所述结构被照射并且由所述结构散射以获得所述散射辐射时，确定由于关注的特性对测量辐射的影响而导致的所述散射辐射的关注的特性引起的相位变化贡献。

本文所描述的方法不限于DBO，它们可以应用于所有不对称测量模式，诸如DBF(基于衍射的聚焦)和也可能为ARO(角度分辨重叠)，前提是可获得电场相位信息。

在随后编号的条款中披露了其他实施例：

1.一种用于测量与衬底上的结构相关的关注的特性的方法，包括：

在利用所述照射辐射照射所述结构之后，直接地根据所述关注的特性对在所述照射辐射被所述结构散射时的至少相位的影响来计算所述关注的特性的值。

2.根据条款1所限定的方法，包括：

确定所述散射辐射的关注的特性引起的相位变化贡献，所述关注的特性引起的相位变化贡献包括所述关注的特性对在所述照射辐射被所述结构散射时的相位的影响；以及

直接地根据至少所确定的关注的特性引起的相位变化贡献来计算所述关注的特性的值。

3.根据条款2所限定的方法，包括通过确定与被包括于由所述结构散射的辐射内的对应高阶对衍射阶的衍射阶相关的振幅和相位，来确定所述关注的特性引起的相位变化贡献。

4.根据条款3所限定的方法，其中所述结构至少包括具有第一已知关注的特性偏置的第一子结构，以及不具有关注的特性偏置或具有第二已知关注的特性偏置的第二子结构，第二已知关注的特性偏置与所述第一已知关注的特性偏置不同，并且所述方法包括根据被包含于来自所述第一子结构和所述第二子结构中每个的所述散射辐射内的所述衍射阶，来确定所述关注的特性引起的相位变化贡献。

5.根据条款4所限定的方法，包括根据至少以下项来确定所述关注的特性引起的相位变化贡献：

与所述第一子结构相关的第一正高阶衍射场和与所述第二子结构相关的第二正高阶衍射场的第一相对相位；以及

与所述第一子结构相关的第一负高阶衍射场和与所述第二子结构相关的第二负高阶衍射场的第二相对相位。

6.根据条款5所限定的方法，其中所述第一子结构和所述第二子结构各自包括成对光栅，每个光栅具有节距p，其中所述第一已知关注的特性偏置包括p/2，并且第二子结构不具有关注的特性偏置。

7.根据条款5或6所限定的方法，其中所述关注的特性引起的相位变化贡献还根据以下项来确定：

所述第一正高阶衍射场和所述第二负高阶衍射场的第三相对相位；以及

所述第一负高阶衍射场和所述第二正高阶衍射场的第四相对相位。

8.根据条款5至7中任一项所限定的方法，包括:通过确定所述衍射场中每个的模型来计算关注的特性的值，并且将衍射场的模型与如所测量的等效衍射场之间的差异最小化。

9.根据条款10所限定的方法，包括:对在最小化中所使用的成本函数应用加权，这抑制对于一个或更多个误差源的敏感性。

10.根据条款5至7中任一项所限定的方法，包括:执行所述高衍射阶的全息显微测量以获得基于已知参考场的所述相对相位信息。

11.根据条款5至7中任一项所限定的方法，包括:根据所述高衍射阶的强度测量来执行相位获取确定以获得所述相对相位信息。

12.根据条款11所限定的方法，其中所述第一子结构和所述第二子结构定位成彼此充分邻近以确保类似的高衍射阶的电场在检测之前干涉。

13.根据条款11所限定的方法，其中：

在衬底上设置至少一个额外结构以产生至少中间场，使得所述至少一个中间场与从所述第一子结构和所述第二子结构衍射的高衍射阶的电场干涉；或

在衬底上设置至少一个第一额外结构以产生至少一个第一中间场，使得所述至少一个第一中间场与从所述第一子结构衍射的高衍射阶的电场干涉，并且在衬底上设置至少一个第二额外结构以产生至少一个第二中间场，使得所述至少一个第二中间场与从所述第二子结构衍射的高衍射阶的电场干涉。

14.根据条款11至13中任一项所限定的方法，其中所述强度测量与离焦执行的所述结构的测量有关。

15.根据条款11至14中任一项所限定的方法，其中所述强度测量与以经变化的测量设置而执行的所述结构的测量有关。

16.根据条款15所限定的方法，其中所述强度测量与在不同聚焦水平所执行的所述结构的测量有关。

17.根据条款11至16中任一项所限定的方法，其中所述相位获取包括：对入射照射辐射与所述结构之间的相互作用对于散射辐射的影响进行建模，以获得探测平面处的相位和振幅的建模值；以及

优化所建模的电场的相位和振幅以便使建模强度与所检测到的强度测量值之间的差异最小化。

18.根据条款17所限定的方法，包括使用所述结构的先验知识作为对于所述电场的相位和振幅的优化的约束。

19.根据条款18所限定的方法，其中所述约束包括总变差正则化。

20.根据条款5至19中任一项所限定的方法，包括：根据关注的特性引起的相位变化来推导出对在所述衍射场中每个衍射场中的误差的敏感性；和

使用推导出的敏感性作为与用于测量关注的特性的方法相关的性能指示器。

21.根据条款4至19中任一项所限定的方法，包括：

通过在数学上计算第一已知关注的特性偏置来确定性能度量；以及

将性能度量与所设计的第一已知关注的特性偏置进行对比以评估所述方法的性能。

22.根据条款21所限定的方法，其中确定性能度量的步骤包括：

针对第一已知关注的特性偏置，求解描述第一正高阶衍射场、第一负高阶衍射场、第二正高阶衍射场和第二负高阶衍射场的方程组。

23.根据条款22所限定的方法，其中求解步骤包括：

对于所述方程组执行求根运算以找到一个或更多个根；和

选择具有与所设计的第一已知关注的特性偏置最接近的值的根作为性能度量。

24.根据条款23所限定的方法，其中执行求根运算的步骤包括抑制求根中的噪声。

25.根据条款5至24中任一项所限定的方法，还包括：以常规方式推导下列项之一或两者的值：与所述结构的顶部光栅或其一个或更多个子结构相关的电场、与所述结构的顶部光栅或其一个或更多个子结构相关的电场，和/或堆叠引起的所述散射辐射的相位变化贡献；以及监控这些值的变化。

26.根据任何前述条款所限定的方法，包括：根据至少所述结构在多种不同照射设置和多种不同聚焦设置的情况下的测量来计算关注的特性的参考值；以及

使用所述参考值作为针对在测量选配方案优化方法中关注的特性的参考。

27.根据条款26所限定的方法，其中所述计算关注的特性的参考值与所述测量选配方案优化方法并行地执行。

28.根据任何前述条款所限定的一种方法，包括：确定与不同采集设置相关的中间测量值。

29.根据条款28所限定的一种方法，其中所述中间测量值与一个或更多个偏移校正相结合以确定所述关注的特性。

30.根据条款28或29所限定的方法，包括：对中间测量值执行统计分析以确定所述关注的特性的品质度量和/或检测不合规范的中间条件或光学部件。

31.根据任何前述条款所限定的方法，包括：确定所述关注的特性的每像素值。

32.根据条款31所限定的方法，包括：使用所述关注的特性的每像素值来获取描述所述结构的层的形貌的信息。

33.根据任何前述条款所限定的一种方法，其中所述关注特征包括重叠。

34.根据条款1至32中任一项所限定的方法，其中所述关注特征包括置放误差。

35.根据条款34中所限定的方法，其中置放误差与层中第一目标与第二目标之间的相对位置相关。

36.根据条款35所限定的方法，其中所述第一目标和所述第二目标各自在多重图案化过程的不同图案化步骤中形成。

37.根据条款35所限定的方法，其中所述第一目标和所述第二目标各自在形成拼合曝光的不同的曝光中形成。

38.根据条款35、36或37所限定的方法，其中所述第一目标和所述第二目标在它们的形成期间经受不同的透镜像差影响。

39.根据条款35至38中任一项所限定的方法，其中，相对置放根据所述第一目标和所述第二目标的测量中的位移引起的相位差来确定。

40.根据条款39所限定的方法，其中所述位移引起的相位差包括从所述第一目标和所述第二目标衍射的至少一个高衍射阶的相位差。

41.根据条款40所限定的方法，包括：基于所述位移引起的相位差的变化，来确定描述所述第一目标和所述第二目标的对应部位之间的置放误差变化的置放误差变化度量。

42.根据条款35至41中任一项所限定的方法，其中相对位置以所述第一目标和所述第二目标的节距为模来确定。

43.根据条款34所限定的方法，其中置放误差与单个目标的置放相关。

44.根据条款43所限定的方法，包括：基于所述目标的至少一区域内的相位变化来确定描述单个目标的置放误差变化的置放误差变化度量。

45.根据条款42或44所限定的方法，其中所述置放误差变化度量包括所述置放误差的基于标准差的度量。

46.根据条款45中所限定的方法，其中基于标准差的度量包括一个中值绝对偏差度量。

47.一种非暂时性的计算机程序产品，包括机器可读的指令，用于使处理器执行根据任何前述条款所限定的方法。

48.一种用以执行根据条款1至46中任一项的方法的检查设备。

49.一种检查设备，包括：

衬底保持器，用于保持包括一结构的衬底，

用于将照射辐射投影到所述结构上的投影光学元件；

探测器，用于检测已由所述结构散射之后的所述照射辐射；以及

处理器，能够操作以直接地根据关注的特性对在所述照射辐射被所述结构散射时的至少相位的影响来计算与所述结构相关的所述关注的特性的值。

50.根据条款49所限定的检查设备，其中处理器还能够操作以：

确定所述散射辐射的关注的特性引起的相位变化贡献，所述关注的特性引起的相位变化贡献包括所述关注的特性对在所述照射辐射被所述结构散射时的相位的影响；以及

直接地根据至少所确定的关注的特性引起的相位变化贡献来计算所述关注的特性的值。

51.根据条款50所限定的检查设备，其中处理器还能够操作以通过确定与被包含于由所述结构散射的辐射内的对应高阶对衍射阶的衍射阶相关的振幅和相位来确定所述关注的特性引起的相位变化贡献。

52.根据条款51所限定的检查设备，其中所述结构至少包括：具有第一已知关注的特性偏置的第一子结构，以及不具有关注的特性偏置或具有第二已知关注的特性偏置的第二子结构，所述第二已知关注的特性偏置与所述第一已知关注的特性偏置不同，并且所述处理器能够操作以根据被包含于来自所述第一子结构和所述第二子结构中每个的所述散射辐射内的所述衍射阶来确定所述关注的特性引起的至少相位变化贡献。

53.根据条款52所限定的检查设备，其中处理器还能够操作以根据至少以下项来确定所述关注的特性引起的相位变化贡献：

与所述第一子结构相关的第一正高阶衍射场和与所述第二子结构相关的第二正高阶衍射场的第一相对相位；以及

与所述第一子结构相关的第一负高阶衍射场和与所述第二子结构相关的第二负高阶衍射场的第二相对相位。

54.根据条款53所限定的检查设备，其中所述第一子结构和所述第二子结构各自包括一对光栅，每个光栅具有节距p，其中所述第一已知关注的特性偏置包括p/2，并且第二个子结构不具有关注的特性偏置。

55.根据条款53或54所限定的检查设备，其中还能够操作以根据以下项来确定所述关注的特性引起的相位变化贡献：

所述第一正高阶衍射场和所述第二负高阶衍射场的第三相对相位；以及

所述第一负高阶衍射场和所述第二正高阶衍射场的第四相对相位。

56.根据条款53至55中任一项所限定的检查设备，是全息显微设备，包括：

用于生成已知参考场的参考源；

其中，所述处理器能够操作以测量所述高衍射阶并且获得相对于所述已知参考场的所述相对相位信息。

57.根据条款53至55中任一项所限定的检查设备，能够操作以：

在所述检测器上检测所述高衍射阶的强度测量；

其中所述处理器能够操作以根据所述强度测量执行相位获取确定以获得所述相对相位信息。

58.根据条款57中所限定的检查设备，能够操作以在所述结构离焦的情况下执行所述强度测量。

59.根据条款57或58所限定的检查设备，能够操作以在测量之间变动的测量设置的情况下执行所述强度测量。

60.根据条款59所限定的检查设备，能够操作以在不同的聚焦水平执行所述强度测量。

61.根据条款57至60中任一项所限定的检查设备，其中处理器能够操作以通过以下来执行所述相位获取：

对入射照射辐射与所述结构之间的相互作用对于散射辐射的影响进行建模，以获得探测平面处的相位和振幅的建模值；以及

优化如所建模的电场的相位和振幅以便使建模强度与在检测器上所检测到的强度测量值之间的差异最小化。

62.根据条款61所限定的检查设备，其中所述处理器还能够操作以使用所述结构的先验知识作为对于所述电场的相位和振幅的优化的约束。

63.根据条款62所限定的检查设备，其中所述约束包括总变差正则化。

64.根据条款52至63中任一项所限定的检查设备，其中处理器还能够操作以：

通过在数学上计算第一已知关注的特性偏置来确定性能度量；以及

将性能度量与所设计的第一已知关注的特性偏置进行对比以评估所述方法的性能。

65.根据条款55所限定的检查设备，其中处理器能够操作以通过以下来确定所述性能指示器：

针对第一已知关注的特性偏置，求解描述第一正高阶衍射场、第一负高阶衍射场、第二正高阶衍射场和第二负高阶衍射场的方程组。

66.根据条款65中所限定的检查设备，其中处理器能够操作以通过以下求解方程组：

对于所述方程组执行求根运算以找到一个或更多个根；和

选择具有与所设计的第一已知关注的特性偏置最接近的值的根作为性能度量。

67.根据条款66所限定的检查设备，其中处理器能够操作以抑制求根运算中的噪声。

68.根据条款49至66中任一项所限定的检查设备，其中所述关注特征包括重叠。

69.根据条款49至66中任一项所限定的检查设备，其中所述关注特征包括置放误差。

虽然在本文中可以具体参考在IC制造中光刻设备的使用，但是应当理解，本文中描述的光刻设备可以具有其他应用。其他可能的应用包括集成光学系统的制造、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检查或量测设备的情境中具体参考本发明的实施例，但是本发明的实施例可以在其他设备中使用。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、光刻设备、或或测量或处理诸如晶片(或其他衬底)或掩模(或其他图案形成装置)之类的物体的任何设备的一部分。术语“量测设备”也可指检查设备或检查系统。例如包括本发明实施例的检查设备可用于检查衬底的缺陷或衬底上的结构的缺陷。在这种实施例中，衬底上的结构的关注的特性可与结构中的缺陷、结构的特定部分的缺失、或衬底上不需要的结构的存在有关。

尽管上文已经对本发明的实施例在光学光刻术中的内容背景中使用做出了具体参考，但是应当理解，在内容背景允许的情况下，本发明不限于光学光刻术，并且可以在其他应用中使用，例如压印光刻术。

虽然上述目标或目标结构(更一般而言为衬底上的结构)是专门针对测量目的而设计和形成的量测目标结构，但在其他实施例中，可以在作为形成于衬底上的装置的功能部件的一个或更多个结构上测量关注的特性。许多装置具有规则的光栅状结构。本文使用的术语结构、目标光栅和目标结构不要求已经专门针对正在进行的测量提供结构。此外，量测目标的节距P可接近于散射仪的光学系统的分辨率极限或可以更小，但是可以比在目标部分C中由光刻过程所形成的典型产品特征的尺寸大得多。实际上，目标结构内的重叠光栅的线和/或空间可以被制成包括尺寸上与产品特征相似的较小结构。

虽然上面已经描述了本发明的具体实施例，但是应该理解，本发明可以不同于所描述的方式实践。以上描述旨在说明而非限制。因此，对于本领域技术人员清楚的是，在不脱离下面陈述的方面的范围的情况下，可以对所描述的本发明进行修改。

Claims (14)

1.一种用于测量与衬底上的结构相关的关注的特性的方法，包括：

在利用照射辐射照射所述结构之后，直接地根据所述关注的特性对所述照射辐射在被所述结构散射时的相位变化贡献的影响，来计算所述关注的特性的值；以及

通过直接地测量经散射的辐射的电场的振幅和相位，来确定由所述关注的特性所引起的所述相位变化贡献。

2.根据权利要求1所述的方法，包括：通过确定与被包含于所述经散射的辐射的所述电场内的对应高阶对衍射阶的衍射阶相关的振幅和相位，确定所述关注的特性引起的相位变化贡献。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述结构至少包括：具有第一已知关注的特性偏置的第一子结构，以及第二子结构，所述第二子结构不具有关注的特性偏置、或具有与所述第一已知关注的特性偏置不同的第二已知关注的特性偏置，并且所述方法包括：通过被包含于来自所述第一子结构和所述第二子结构中每个的所述经散射的辐射内的所述衍射阶的对比，确定所述关注的特性引起的相位变化贡献。

4.根据权利要求3所述的方法，包括：根据至少以下项来确定所述关注的特性引起的相位变化贡献：

与所述第一子结构相关的第一正高阶衍射场和与所述第二子结构相关的第二正高阶衍射场的第一相对相位；以及

与所述第一子结构相关的第一负高阶衍射场和与所述第二子结构相关的第二负高阶衍射场的第二相对相位。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一子结构和所述第二子结构各自包括成对光栅，每个光栅具有节距p，其中所述第一已知关注的特性偏置包括p/2，并且所述第二子结构不具有关注的特性偏置。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中所述关注的特性引起的相位变化贡献还根据以下项来确定：

所述第一正高阶衍射场和所述第二负高阶衍射场的第三相对相位；以及

所述第一负高阶衍射场和所述第二正高阶衍射场的第四相对相位。

7.根据权利要求4或5所述的方法，包括：执行高衍射阶的全息显微测量，以获得基于已知参考场的相对相位信息。

8.根据权利要求4或5所述的方法，包括：根据高衍射阶的强度测量来执行相位获取确定，以获得相对相位信息。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一子结构和所述第二子结构定位成彼此充分邻近，以确保类似的高衍射阶的电场在检测之前干涉。

10.根据权利要求8所述的方法，其中：

在所述衬底上设置至少一个额外结构以产生至少中间场，使得所述至少一个中间场与从所述第一子结构和所述第二子结构衍射的高衍射阶的电场干涉；或

在所述衬底上设置至少一个第一额外结构以产生至少一个第一中间场，使得所述至少一个第一中间场与从所述第一子结构衍射的高衍射阶的电场干涉，并且在所述衬底上设置至少一个第二额外结构以产生至少一个第二中间场，使得所述至少一个第二中间场与从所述第二子结构衍射的高衍射阶的电场干涉。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述相位获取包括：

对入射照射辐射与所述结构之间的相互作用对于所述经散射的辐射的影响进行建模，以获得探测平面处的相位和振幅的建模值；以及

优化所建模的电场的相位和振幅，以便使建模强度与所检测到的强度测量值之间的差异最小化。

12.根据权利要求1-5和9-11中任一项所述的方法，其中所述关注的特征包括重叠或位置误差。

13.一种非暂时性的计算机程序产品，包括机器可读指令，用于使处理器执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

14.一种检查设备，包括：

衬底保持器，用于保持包括结构的衬底，

投影光学元件，用于将照射辐射投影到所述结构上；

探测器，用于检测已由所述结构散射之后的所述照射辐射；以及

处理器，能够操作以

直接地根据关注的特性对照射辐射在被所述结构散射时的相位变化贡献的影响，来计算与所述结构相关的所述关注的特性的值，以及

通过直接地测量经散射的辐射的电场的振幅和相位，来确定由所述关注的特性所引起的所述相位变化贡献。

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