CN112204473B

CN112204473B - 确定结构特性的方法和量测设备

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Publication number: CN112204473B
Application number: CN201980036860.1A
Authority: CN
Inventors: J·F·德波尔; V·T·滕纳; C·弥赛西; A·J·登鲍埃夫
Original assignee: Foundation For Scientific Research Institutions In Netherlands; Amsterdam Free University Foundation; ASML Holding NV; Universiteit Van Amsterdam
Current assignee: Foundation For Scientific Research Institutions In Netherlands; Amsterdam Free University Foundation; ASML Holding NV; Universiteit Van Amsterdam
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2023-08-15
Anticipated expiration: 2039-03-19
Also published as: CN112204473A; WO2019197117A1; US20190310559A1; JP7080341B2; IL277846A; US20210349403A1; JP2021520518A; TWI721400B; NL2021848A; TW202125121A; KR102523532B1; TWI767478B; KR20210018212A; IL277846B1; TW202004356A; US11119415B2

Abstract

公开了一种用于确定结构的特性的方法和设备。在一种布置中，利用第一照射辐射照射结构以产生第一散射辐射。通过第一散射辐射的到达传感器的部分与第一参考辐射之间的干涉形成第一干涉图案。还利用第二照射辐射从不同方向照射该结构。使用第二参考辐射形成第二干涉图案。第一和第二干涉图案用于确定结构的特性。第一和第二参考辐射到传感器上的方位角是不同的。

Description

确定结构特性的方法和量测设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年4月9日提交的欧洲申请18166312.1的优先权，该欧洲申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及确定制造在衬底上的结构的特性。

背景技术

光刻设备是一种被构造成将期望的图案施加到衬底上的机器。例如，光刻设备可用于集成电路(IC)的制造中。光刻设备可以例如将图案形成装置(例如，掩模)上的图案(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，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长决定了可以形成在衬底上的特征的最小尺寸。当前使用的典型波长为365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。与例如使用波长为193nm的辐射的光刻设备相比，使用极紫外(EUV)辐射的光刻设备可用于在衬底上形成更小的特征，极紫外辐射具有在4-20nm的范围内的波长，例如6.7nm或13.5nm。

低k₁光刻可用于处理尺寸小于光刻设备经典分辨率极限的特征。在这样的过程中，分辨率公式可以表示为CD＝k₁×λ/NA，其中λ是所采用的辐射的波长，NA是光刻设备中投影光学器件的数值孔径，CD是“临界尺寸”(通常是印制的最小特征尺寸，但在这种情况下为半节距)，k₁是经验分辨率因数。通常，k₁越小，在衬底上再现类似于电路设计者为实现特定的电气功能和性能而计划的形状和尺寸的图案的难度就越大。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。这些包括，例如但不限于，NA的优化、定制的照射方案、相移图案形成装置的使用、设计布局的各种优化(例如设计布局中的光学邻近效应校正(OPC)、或其他通常定义为“分辨率增强技术”(RET)的方法。可替代地，可以使用用于控制光刻设备的稳定性的严格控制回路来改善在低k1下的图案的再现。

在制造过程中，需要检查制造的结构和/或测量制造的结构的特性。适当的检查和量测设备是本领域已知的。已知的量测设备中的一种是散射仪，例如暗场散射仪。

专利申请公开US2016/0161864A1、专利申请公开US2010/0328655A1和专利申请公开US2006/0066855A1讨论了光刻设备的实施例和散射仪的实施例。所引用的文献通过引用并入本文中。

发明内容

需要一种用于检查和/或测量衬底上的结构的特性的改进的量测设备。

根据本发明的一个方面，提供了一种确定制造在衬底上的结构的特性的方法，该方法包括：利用第一照射辐射照射结构以产生第一散射辐射，并在传感器上检测由第一散射辐射的到达传感器的部分与第一参考辐射之间的干涉形成的第一干涉图案；利用第二照射辐射从在结构的参考系中与第一照射辐射的方向不同的方向照射结构，以产生第二散射辐射，并在传感器上检测由第二散射辐射的到达传感器的部分与第二参考辐射之间的干涉形成的第二干涉图案；以及使用第一干涉图案和第二干涉图案来确定结构的特性，其中：在结构的参考系中，第一参考辐射到传感器上的方位角与第二参考辐射到传感器上的方位角不同。

发明人已发现，通过使第一参考辐射和第二参考辐射的方位角彼此不同可以减少对第一干涉图案和第二干涉图案之间的并非源自该结构的差异作出的贡献。

在实施例中，第一参考辐射到传感器上的方位角与第二参考辐射到传感器上的方位角之间的差值为180±30度。

以这种方式将方位角的差值选择为接近180度对于减少针对第一干涉图案和第二干涉图案之间的差异作出的不期望的贡献是特别有效的。

在实施例中，对辐射束进行分束以产生第一照射辐射和第一参考辐射；并且对于第一照射辐射和第一参考辐射中的每一个，将辐射束被分束的点与传感器之间的光程设置为是相等的。

以这种方式将光程设置为是相等的，这进一步减少了对第一干涉图案和第二干涉图案之间的差异作出的不期望的贡献(例如，不是源自结构的贡献)。

在实施例中，第一参考辐射到传感器上的方位角相对于第一照射辐射到结构上的方位角是倾斜的。

允许该差异为一倾斜角度为减小第一干涉图案中对比度随位置的不期望的变化提供了自由度。减小对比度随位置的变化有助于在第一干涉图案中形成有用的特征(例如条纹)。

在实施例中，该方法包括相对于第一照射辐射到结构上的方向调节第一参考辐射到传感器上的方向，从而减小在第一干涉图案中对比度随位置的变化。

执行该调节可以减小在第一干涉图案中对比度随位置的不期望的变化。

在实施例中，该方法还包括调节光学系统的光学属性以减小在第一干涉图案中对比度随位置的变化，光学系统用于将第一散射辐射的到达传感器的部分从结构引导至传感器。

执行该调节可以进一步减小在第一干涉图案中对比度随位置的不期望的变化。

根据可替代的方面，提供了一种确定制造在衬底上的结构的特性的方法，该方法包括：利用第一照射辐射照射结构以产生第一散射辐射，并在传感器上检测由第一散射辐射的到达传感器的部分与第一参考辐射之间的干涉形成的第一干涉图案；利用第二照射辐射从在结构的参考系中与第一照射辐射的方向不同的方向照射结构，以产生第二散射辐射，并在传感器上检测由第二散射辐射的到达传感器的部分与第二参考辐射之间的干涉形成的第二干涉图案；使用第一干涉图案和第二干涉图案以确定结构的特性，其中：在结构的参考系中，第一参考辐射到传感器上的方位角与第二参考辐射到传感器上的方位角名义上是相同的，并且第一参考辐射到传感器上的方位角与第一照射辐射到结构上的方位角和第二照射辐射到结构上的方位角中的每一个之间的差值为90±30度。

以这种方式布置第一照射辐射、第一参考辐射、第二照射辐射和第二参考辐射的相对方向，在第一干涉图案和第二干涉图案的平面中至少在平行于第一参考辐射和第二参考辐射的分量的方向上减小了第一干涉图案和第二干涉图案之间的不期望的差异(例如，不是源自结构的差异)。这是由于对比度随位置的变化相对于在第一干涉图案和第二干涉图案的平面中平行于第一参考辐射和第二参考辐射的分量的方向具有镜面对称性。

根据本发明的一个方面，提供了一种量测设备，该量测设备被配置成确定制造在衬底上的结构的特性，该量测设备包括：照射分支，该照射分支被配置成利用第一照射辐射照射结构以产生第一散射辐射；检测分支，该检测分支被配置成在传感器上检测由第一散射辐射的到达传感器的部分与第一参考辐射之间的干涉形成的第一干涉图案，其中：该照射分支还被配置成利用第二照射辐射从在结构的参考系中与第一照射辐射的方向不同的方向照射结构，以产生第二散射辐射；该检测分支还被配置成在传感器上检测由第二散射辐射的到达传感器的部分与第二参考辐射之间的干涉形成的第二干涉图案；该设备还包括处理单元，该处理单元被配置成使用第一干涉图案和第二干涉图案来确定结构的特性；并且在结构的参考系中，第一参考辐射到传感器上的方位角与第二参考辐射到传感器上的方位角不同。

附图说明

现将参照示意性附图仅以示例性的方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1描绘了光刻设备的示意图；

图2描绘了光刻单元的示意图；

图3描绘了量测设备的示意图；

图4描绘了用于提供在图3的量测设备中使用的照射辐射和参考辐射的布置的示意图；

图5描绘了用于将参考辐射引导至传感器上的第一布置；

图6描绘了用于将参考辐射引导至传感器上的第二布置；

图7描绘了用于指代辐射传播方向的命名约定；

图8描绘了用于指代空间位置的命名约定；

图9是示出第一照射辐射、第一散射辐射和第一参考辐射的k空间表示；

图10是示出第二照射辐射、第二散射辐射和第二参考辐射的k空间表示；

图11和图12是示出了图9和图10的可替代布置的k空间表示，其中在传感器的平面中，第一参考辐射和第二参考辐射在相同的方向上并且垂直于第一照射辐射和第二照射辐射中的每一个；

图13描绘了另一量测设备的示意图；并且

图14描绘了用于提供相干的照射辐射和参考辐射的布置的示意图。

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，包括紫外辐射(例如具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和EUV(极紫外辐射，例如具有在约5nm至约100nm的范围内的波长)。

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。在这种情况下，也可以使用术语“光阀”。除了经典的掩模(透射式或反射式；二元式、相移式、混合式等)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示意性地描绘了光刻设备LA。该光刻设备LA包括：照射系统(也被称为照射器)IL，该照射系统被配置成调节辐射束B(例如UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如掩模台)MT，该掩模支撑件被构造成支撑图案形成装置(例如掩模)MA并且连接到第一定位器PM，该第一定位器PM被配置成根据特定参数来准确地定位图案形成装置MA；衬底支撑件(例如晶片台)WT，该衬底支撑件被构造成保持衬底(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被配置成根据特定参数来准确地定位衬底支撑件；以及投影系统(例如折射型投影透镜系统)PS，该投影系统被配置成将由图案形成装置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例如经由束传递系统BD接收来自辐射源SO的辐射束。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/或其他类型的光学部件、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。

此处使用的术语“投影系统”PS应该被广义地理解为涵盖适合于所使用的曝光辐射和/或其他因素(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、畸变型(anamorphic)、磁性型、电磁型和/或静电型光学系统，或其任意组合。本文中对术语“投影透镜”的任何使用可以被认为与更上位的术语“投影系统”PS同义。

光刻设备LA可以为如下类型：其中衬底的至少一部分可以被具有相对高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统PS与衬底W之间的空间-这也被称为浸没式光刻。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中。

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上执行衬底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可以包括测量台。测量台被布置成保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置成测量投影系统PS的属性或辐射束B的属性。测量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的部分，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，测量台可以在投影系统PS下方移动。

在操作中，辐射束B入射在被保持在掩模支撑件MT上的图案形成装置(例如，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。在已横穿掩模MA之后，辐射束B通过投影系统PS，该投影系统PS将所述束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW及位置测量系统IF，可以准确地移动衬底支撑件WT，以便例如在辐射束B的路径中将不同目标部分C定位在聚焦或对准位置处。类似地，第一定位器PM及可能的另一位置传感器(其未在图1中被明确地示出)可以用于相对于辐射束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M1、M2及衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA及衬底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可以形成光刻单元LC的一部分，并且有时被称为光刻元或簇，光刻单元LC通常还包括用于在衬底W上执行曝光前和曝光后过程的设备。常规地，这些设备包括：用于沉积抗蚀剂层的旋涂机SC，用于显影被曝光的抗蚀剂的显影机DE，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)的激冷板CH和焙烤板BK。衬底处置器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底W，在不同的过程设备之间移动衬底，然后将衬底W传送到光刻设备LA的装载台LB。光刻元中的这些装置常常还统称为涂覆显影系统，并且典型地由涂覆显影系统控制单元TCU控制，该涂覆显影系统控制单元TCU本身可以由管理控制系统SCS控制，该管理控制系统SCS也可以例如经由光刻控制单元LACU来控制光刻设备LA。

为了使由光刻设备LA曝光的衬底W正确且一致地曝光，期望检查衬底以测量图案化结构的属性，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。为此，在光刻元LC中可包括检查工具(未示出)。如果检测到误差，则例如可以对随后的衬底的曝光或要在衬底W上执行的其他处理步骤进行调整，尤其是在同一批或批次的其他衬底仍待曝光或待处理之前完成检查的情况下。

可以提供一种用于确定衬底W的属性的设备，尤其是确定不同衬底W的属性如何变化，或与同一衬底W的不同层相关联的属性如何在层之间变化。根据所测量的属性的性质，该设备可以被称为检查设备或量测设备。在该设备提供二元式检查的情况下(例如，确定是否存在缺陷)，该设备通常但并非唯一地指代检查设备。在设备对诸如重叠之类的参数进行定量测量的情况下(例如，使得来自设备的输出是具有一单位(诸如纳米)的测量值)，该设备通常但并非唯一地指代量测设备。该设备(无论是检查设备还是量测设备)可以是光刻元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装置。该设备可以测量潜像(曝光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)或显影后的抗蚀剂图像(其中抗蚀剂的已曝光或未曝光部分已去除)的属性，或甚至已蚀刻的图像(在图案转移步骤(例如蚀刻)之后)的属性。

图3描绘了根据本公开实施例的适于确定在衬底W上制造的结构8的特性(例如，重叠)的量测设备。

在实施例中，量测设备包括照射分支，该照射分支被配置成利用第一照射辐射21照射结构8。第一照射辐射21的照射产生第一散射辐射31。量测设备包括检测分支。检测分支包括用于将第一散射辐射31的部分41从结构8引导至传感器6的光学系统2。因此，第一散射辐射31的部分41是第一散射辐射31的到达传感器6的一部分。第一散射辐射41的其他部分不到达传感器6。在实施例中，第一散射辐射31的到达传感器6的部分41不包括第一散射辐射31的镜面反射分量。这可以通过以下方式实现：将第一照射辐射21的入射极角布置为足够大，从而确保以与照射相同的入射极角发生的镜面反射落在光学系统2的数值孔径(NA)之外。传感器6因此进行暗场测量。在实施例中，第一散射辐射31的部分41至少主要(即，一半以上或完全由其组成)由从结构8散射出的一个或更多个非零阶衍射分量(例如仅+1阶衍射分量或+1阶、+2阶、+3阶或更高阶非零正阶衍射分量中的一个或更多个)组成。

传感器6能够记录辐射强度的空间变化。传感器6可以包括像素化图像传感器，例如CCD或CMOS。在实施例中，提供了滤光片，该滤光片对撞击在传感器6上的辐射进行滤光。在实施例中，滤光片是偏振滤光片。在实施例中，传感器6定位在光学系统2的像平面(也可以称为场平面)中。因此，传感器6记录像平面(场平面)中辐射强度的空间变化。在其他实施例中，传感器6定位在光学系统2的光瞳平面中，定位在与光学系统2的光瞳平面共轭的平面中，或定位在光瞳平面与像平面之间的平面中。

在实施例中，光学系统2具有较低的NA，该较低的NA被限定为小于0.3，可选地小于0.2。在实施例中，光学系统2包括平凸透镜。平凸透镜是等晕的，并且具有相对较高的像差。在实施例中，光学系统2包括平非球面透镜(planoasphere lense)或双非球面透镜(bi-asphere lens)。平非球面是非等晕的，并且具有相对较低的像差。在实施例中，光学系统2包括反射镜光学器件。在实施例中，光学系统2具有较高的NA，该较高的NA被限定为大于0.5的NA，可选地大于0.65，可选地大于0.8。

在实施例中，检测分支还将第一参考辐射51与第一散射辐射31的部分41同时地引导至传感器6上。在实施例中，第一参考辐射51包括平面波或球面波。通过第一散射辐射31的到达传感器6的部分41与第一参考辐射51之间的干涉形成第一干涉图案。第一散射辐射31的到达传感器8的部分41在传感器8处与第一参考辐射51至少充分地相干，以形成第一干涉图案并且使第一干涉图案可以由传感器6检测到。第一干涉图案由传感器6记录。

随后，用第二照射辐射22照射结构8。第二照射辐射22从与第一照射辐射22不同(在结构8的参考系中)的方向入射在结构8上。可以通过改变光学系统2的参考系中的照射方向、通过旋转衬底W(例如旋转180度)、或通过改变光学系统2的参考系中的照射方向和旋转衬底W的组合来实现方向上的差异。第二照射辐射22的照射产生第二散射辐射32。光学系统2将第二散射辐射32的部分42从结构8引导至传感器6。因此，第二散射辐射32的部分42是第二散射辐射32的到达传感器6的一部分。第二散射辐射32的其他部分不到达传感器6。在实施例中，第二散射辐射32的到达传感器6的部分42不包括第二散射辐射32的镜面反射分量。传感器6因此进行暗场测量。在实施例中，第二散射辐射22的部分42至少主要(即，一半以上或完全由其组成)由从结构8散射出的一个或更多个非零阶衍射分量(例如仅-1阶衍射分量或-1阶、-2阶、-3阶或更高阶非零负阶衍射分量中的一个或更多个)组成。在实施例中，构成第二散射辐射31的部分42的一个或更多个非零阶衍射分量在符号上与第一散射辐射31的部分41的一个或更多个非零阶衍射分量中的一个相反。

在实施例中，检测分支还将第二参考辐射52与第二散射辐射32的部分42同时地引导至传感器6上。在实施例中，第二参考辐射52包括平面波或球面波。通过第二散射辐射32的到达传感器6的部分42与第二参考辐射52之间的干涉形成第二干涉图案。第二散射辐射32的到达传感器8的部分42在传感器8处与第二参考辐射52至少充分地相干，以形成第二干涉图案并且使第二干涉图案可以由传感器6检测到。第二干涉图案由传感器6记录。

图4描绘了用于提供在图3的量测设备中使用的第一照射辐射21、第二照射辐射22、第一参考辐射51和第二参考辐射52的示例性布置的示意图。辐射源10将辐射束提供给分束器12。辐射源10产生在时间和空间上相干，或者在时间和空间上部分相干，或者在时间上相干并且在空间上部分不相干(但是足够相干以在传感器6处发生干涉)的电磁辐射的辐射束。在实施例中，辐射束具有在可见光波长范围内的波长。在实施例中，辐射束具有在红外波长范围内的波长。在实施例中，辐射束具有在紫外波长范围内的波长。在实施例中，辐射束具有在深紫外(DUV)波长范围内的波长。在实施例中，辐射束具有在红外波长范围和DUV波长范围之间的范围内的波长。在实施例中，辐射束具有在极紫外(EUV)波长范围内的波长。在实施例中，辐射源10被配置成产生可控波长的辐射。在实施例中，辐射源10包括滤光单元，该滤光单元用于从具有宽光谱分布的辐射中产生可控波长的辐射。

分束器12对辐射束进行分束以提供照射辐射和参考辐射。在所示示例中，被分束的辐射束的表示参考辐射的第一部分穿过延迟元件14和参考光学单元16、18。参考光学单元16、18将参考辐射(例如，第一参考辐射51或第二参考辐射52)引导至传感器6上。在一些实施例中，参考光学单元16、18在将辐射引导至传感器6上之前接收第一参考辐射51和第二参考辐射52，并因此可以被称为接收单元。被分束的辐射束的表示照射辐射的第二部分穿过照射光学单元20。照射光学单元20将照射辐射(例如第一照射辐射21或第二照射辐射22)引导至结构8上。可以通过延迟元件14调节辐射束被分束器12分束的点15与传感器6之间的光程。延迟元件14可以包括用于例如通过可控地增加穿过延迟元件14的辐射的路径长度来引入相位延迟的任何合适的装置。可以基于下面参考图12讨论的原理(例如，涉及反射镜210和218)来实现延迟元件14。在本示例中，延迟元件14设置在分束器12与参考光学单元16、18之间的光路中，但是延迟元件14可以可替代地或另外地设置在分束器12与照射光学单元20之间的光路中。如将在下面进一步详细讨论的，在一些实施例中，对于分束器12与传感器6之间的两条光路(即，经由结构8和不经由结构8)中的每一个，将路径差异设置为是相等的。可以通过调整相位元件14和/或通过在分束器12与传感器6之间准确对准光学元件来满足该条件。

共同提供第一照射辐射21和第二照射辐射22的辐射源10和光学单元20的组合可以被称为量测设备的照射分支。位于结构8下游的部件(包括用于将散射辐射引导至传感器6的光学系统2，以及将第一参考束51和第二参考束52引导至传感器6的部件(在上述示例中包括分束器12、延迟元件14和参考束光学单元16、18))可以被称为量测设备的检测分支。

在图5和图6中分别描绘了用于实现参考光学单元16、18的布置的两个示例。在图5中，参考光学单元16使用位于第一散射辐射31的部分41和第二散射辐射32的部分42的光路中的分束器重定向第一参考辐射51和第二参考辐射52(第一参考辐射51和第二参考辐射52都通过分束器传输)。在图6中，参考光学单元18使用位于第一散射辐射31的部分41和第二散射辐射32的部分42的光路外部的反射元件重定向第一参考辐射51和第二参考辐射52。

由量测设备的处理单元70确定结构8的特性。处理单元70使用由传感器6记录的第一干涉图案和第二干涉图案来确定结构8的特性。在实施例中，处理单元70耦合到传感器6，以接收包括关于由传感器6记录的第一干涉图案和第二干涉图案的信息的信号。在实施例中，处理单元70校正光学系统2的像差。在实施例中，对第一干涉图案和第二干涉图案的测量是按时间顺序(相继地)通过多个不同波长下的辐射进行的，并且处理单元70被配置成使用按时间顺序(相继地)在多个波长下的测量结果来确定衬底W上的结构8的特性。

在实施例中，处理单元70使用第一干涉图案来计算传感器6处的与第一散射辐射31相关联的辐射的复数场(这里“复数”是指存在振幅和相位信息两者)。类似地，处理单元70使用第二干涉图案来计算传感器6处的与第二散射辐射32相关联的辐射的复数场。从全息术总体上已知这种根据干涉图案(通过使参考辐射与从物体散射出的辐射进行干涉而形成)来计算辐射的复数场。可以例如在US2016/0061750A1中找到关于如何在用于进行量测的光刻术的背景下执行这种计算的更多细节，该专利文献通过引用并入本文中。

如果已知光学系统2的特性，则可以在数学上反向传播(back-propagate)每个计算出的复数场，从而获得结构8处的第一散射辐射31和第二散射辐射32的相应复数场。

相对于相位和振幅信息不都可用的可替代模式，具有复数场的知识提供了用于确定衬底W上的结构8的特性的附加信息。例如，在2018年2月27日提交的欧洲专利申请EP18158745.2中，已经公开了散射辐射的相位信息如何可以用来确定衬底上不同层的结构之间的重叠误差(结构的待确定的特性的一个示例)。欧洲专利申请EP18158745.2通过引用并入本文中。

在实施例中，通过比较第一干涉图案和第二干涉图案来确定结构的特性。在实施例中，基于第一干涉图案和第二干涉图案之间的差异来确定结构的特性。第一干涉图案和第二干涉图案之间的差异可以例如包含关于结构8中的不对称性的信息。获得关于结构8中的不对称性的信息可以提供关于重叠的信息。在实施例中，如2018年2月27日提交的EP18158745.2中所描述的，从计算出的复数场中获得的相位信息用于获得重叠信息。重叠描述了结构8中的不同图案(诸如在不同时刻形成的图案，使用不同过程形成和/或形成在不同层中的图案)之间的不期望的未对准。在其他实施例中，被确定的结构8的特性可以包括误差，该误差指示在光刻过程中用于制造结构8的辐射的聚焦误差。在又一其他实施例中，被确定的结构8的特性可以包括误差，该误差指示在光刻过程中用于制造结构8的辐射的辐射剂量的误差。

使对不是源自结构8的第一干涉图案和第二干涉图案之间的差异作出的贡献最小化是重要的。发明人已发现，可以通过在结构8的参考系中将第一参考辐射51到传感器8的方位角控制为与第二参考辐射52到传感器6的方位角不同(可选地相差180±30度)来减少这些不期望的贡献。因此，在一些实施例中，在结构8的参考系中，第一参考辐射51到传感器6的方位角被布置成与第二参考辐射52到传感器6的方位角不同(可选地相差180±30度)。如果衬底W在通过第一照射辐射21进行照射与通过第二照射辐射22进行照射之间旋转，则结构8的参考系可以相对于传感器6旋转。在一些实施例中，第一照射辐射的方位角与第二照射辐射的方位角之间的差值名义上为180度，例如180±5度，可选地为180±2度，可选地为180度±1度，或者可选地在工程公差内尽可能地接近180度。

再次参考图3，现引入限定和术语以支持对基本机制的进一步解释。为了简单起见，我们仅参考第一照射辐射21、第一散射辐射31、第一散射辐射31的部分41和第一参考辐射51，但是应当理解，该分析同样适用于第二照射辐射22、第二散射辐射32、第二散射辐射32的部分42和第二参考辐射52。

第一照射辐射21具有波长λ和极角θ_ill。在结构8包括节距为P的周期性结构(诸如衍射光栅)的情况下，可以通过以下光栅方程来描述第一照射辐射21从结构8散射而产生的第一散射辐射31：

其中，m表示来自结构8的衍射阶，并且θ_m表示由第m阶衍射分量构成的第一散射辐射31的极角。

第一散射辐射21的入射在传感器6上的部分41可以由以下表达式来表示：

其中，E_o表示传播的辐射的电场分量，A_o表示振幅，L表示辐射束被分束以产生第一照射辐射21和第一参考辐射51的点15与传感器6之间的路径长度差异(参见以上关于图4的讨论)，是表示传播的辐射的方向的单位向量，并且/>是传播的辐射的向量位置坐标。

单位向量可以如下表示：

其中，n_xo、n_yo和n_zo是的x坐标、y坐标和z坐标，θ_o是极角，并且/>是方位角。

相应的表达式可以用于表示入射在传感器上的第一参考辐射51，如下所示：

其中，E_r表示传播的辐射的电场分量，A_r表示振幅，是表示传播的辐射的方向的单位向量，并且/>是传播的辐射的向量位置坐标。

单位向量可以如下表示：

其中，n_xr、n_yr和n_zr是的x坐标、y坐标和z坐标，θ_r是极角，并且/>是方位角。

对于(x，z)平面中的平面衍射(参见图3的顶部，关于笛卡尔参考系的定向)，对于所描绘的光学系统2(包括焦距为F₁和F₂的透镜)，以下表达式也成立：

由传感器6记录的像平面中的强度I由下式给出：

I＝|E_o+E_r|²。

使用上面给出的E_o和E_r的表达式来扩展上述表达式会得到以下结果：

传感器6仅在(x，y)平面中检测强度，因此使用以下表达式将单位向量分为面内(平行)单位向量和垂直单位向量/>是有用的，如图7所描绘的：

位置向量也可以被分解成z分量/>和面内(x，y)分量/>如图8所描绘的。

由传感器6记录的像平面中的强度然后可以被重写为：

第m阶衍射分量的面内传播由光栅向量方程给出(因此包括一维周期性光栅的锥形衍射的情况)：

使用成像的正弦规则，其中M表示光学系统2的放大率，并且对于图3所示的示例由比F₁/F₂给出该放大率，因此/>的表达式可以重写为：

如果将灵敏度向量定义为/>则可以简化/>的表达式以得到以下表达式：

该表达式对于单色光(等同于无限相干长度)是有效的。准单色光包含以中心波长λ_c为中心的一系列波长。对于远离中心波长的较小的波长偏差Δλ，波长λ可以使用以下近似值：

/>

使用该近似值，的表达式可以写为：

现在可以通过在从-B/2到B/2的波长范围内进行积分来获得总强度，其中B足够大以覆盖光谱中的所有光：

对于对称光谱(在这种情况下预期为充分地近似)，可以将积分写为：

其中，C是描述位置处的局部图像对比度的相干项。采用具有全带宽B的简单矩形光谱得到相干项C的以下表达式：

评估该积分得到以下结果：

为了实现确定结构8的特性(例如，重叠、来自聚焦误差的误差、或来自剂量误差的误差)的上述方法的高性能，期望对于(由第一散射辐射31的部分41和第一参考辐射51形成的)第一干涉图案和(由第二散射辐射32的部分42和第二参考辐射52形成的)第二干涉图案而言，对比度函数C是相同的。

在一些实施例中，通过利用第一照射辐射21以如下方式照射结构8来形成第一干涉图案：使得第一散射辐射31的到达传感器6的部分41仅包括+1阶衍射分量(并且不包括任何零阶分量、镜面反射分量或-1阶衍射分量)。另外，通过利用第二照射辐射22以如下方式照射结构8来形成第二干涉图案：使得第二散射辐射32的到达传感器6的部分42仅包括-1阶衍射分量(并且不包括任何零阶分量、镜面反射分量或+1阶衍射分量)。可以例如通过以下方式来实现该配置：布置为使得第一干涉图案通过利用以θ_ill的极角和的方位角引导至结构8的第一照射辐射21照射结构8而形成，并且使得第二干涉图案通过利用以-θ_ill的极角和/>弧度的方位角引导至结构8的第二照射辐射22照射结构8而形成。因此，在结构8的参考系中，第一照射辐射21的方位角与第二照射辐射22的方位角之间的差值名义上为180度(或π弧度)，例如180±5度，可选地为180±2度，可选地为180度±1度，或者可选地在工程公差内尽可能地接近180度。

在这种情况下，通过满足两个条件，可以使对比度函数C对于第一干涉图案和第二干涉图案而言是相同的。

第一条件是L应设置为等于零。在辐射束被分束以产生第一照射辐射21和第一参考辐射51，以及产生第二照射辐射22和第二参考辐射52的情况下，这意味着辐射束被分束的点15与传感器6之间的光程对于第一照射辐射21和第一参考辐射51中的每一个、以及对于第二照射辐射22和第二参考辐射52中的每一个而言应该是相等的。例如，如以上参考图4所描述的，可以实现这些条件(例如，通过经由延迟元件14在一个或两个光路中进行调整，或者通过精确对准影响光程的其他光学元件)。

由于如果照射方向反转(即θ_ill变为-θ_ill，并且变为/>)，则由给出的灵敏度向量项/>的符号必须反转，因此出现了第二条件。这意味着第一参考束51在(x，y)平面中的方向也必须与第二参考束52在(x，y)平面中的方向异号。该第二条件实际上要求满足以下条件：如果第一参考辐射51的极角为θ_r，则第二参考辐射52的极角应为-θ_r；并且如果第一参考辐射51的方位角为/>则第二参考辐射52的方位角应为/>弧度。换句话说，第一参考辐射51在传感器6上的方位角与第二参考辐射52在传感器6上的方位角之间的差值名义上为180度，例如180±5度，可选地为180±2度，可选地为180度±1度，或可选地在工程公差内尽可能地接近180度。在相对180度大约30度的偏差下预期性能会得到显著改进，但在大多数实际情况下，预期低偏差是有利的。

如果满足上述两个条件，则第一干涉图案的对比度函数C₁和第二干涉图案的对比度函数C₂是相等的，如下所示：

图9和图10提供了满足上述两个条件的布置的k空间中(在(k_x，k_y)平面中)的可视化。图9描绘了在k空间中用于产生第一干涉图案的位置。图10描绘了在k空间中用于产生第二干涉图案的位置。

较大的圆形区域60表示光学系统2的数值孔径。区域60外部的辐射将不会被光学系统2捕获到，并因此不会对由传感器6记录的干涉图案作出贡献。区域60内部的辐射会被光学系统2捕获到，并因此可以对由传感器6记录的干涉图案作出贡献。

在图9中，第一照射辐射的k向量被标记为21。第一照射辐射21产生第一散射辐射。第一散射辐射包括镜面反射分量(未示出)。镜面反射分量落在区域60之外，并从而不会对第一干涉图案作出贡献。第一散射辐射还包括+1阶衍射分量。+1阶衍射分量落在区域60内，并构成第一散射辐射的由光学系统2引导至传感器6的部分41。第一散射辐射的部分41对第一干涉图案作出贡献。第一散射辐射的部分41的k向量被标记为并由以下表达式给出：

第一参考辐射被标记为51。第一参考辐射51的k向量被标记为并由以下表达式给出：

第一参考辐射51的方位角为

在图10中，第二照射辐射的k向量被标记为22。第二照射辐射22产生第二散射辐射。第二散射辐射包括镜面反射分量(未示出)。镜面反射分量落在区域60之外，并从而不会对第二干涉图案作出贡献。第二散射辐射还包括-1阶衍射分量。-1阶衍射分量落在区域60内，并构成第二散射辐射的由光学系统2引导至传感器6的部分42。第二散射辐射的部分42对第二干涉图案作出贡献。第二散射辐射的部分42的k向量被标记为并由以下表达式给出：

第二参考辐射被标记为52。第二参考辐射的k向量被标记为并由以下表达式给出：

第二参考辐射51的方位角为弧度。在(k_x，k_y)平面中，可以将图10的布置视为是图9的布置旋转180度，从而导致第一照射辐射21的方向的符号相对于第二照射辐射22是相反的，并且导致第一参考辐射51的方向的符号相对于第二参考辐射52是相反的(在x-y平面中)。

在一些实施例中，如图9和图10所示，第一参考辐射51的方位角相对于第一照射辐射21的方位角是倾斜的。因此，第一参考辐射51的方位角与第一照射辐射21的方位角之间的差值不等于90度或90度的倍数。允许该差值为倾斜角度为提高确定结构8的特性的方法的稳定性提供了一定自由度。

在实施例中，调节第一照射辐射21和第一参考辐射51的相对方向以减小在第一干涉图案中对比度随位置的变化。在实施例中，这通过调节第一照射辐射21和第一参考辐射51的相对方向以减小灵敏度向量的大小来实现。减小灵敏度向量/>的大小会减小对比度函数C的对位置的灵敏度。减小对比度函数C的对位置的灵敏度有助于形成第一干涉图案中的有用特征(例如条纹)。在实施例中，对第二照射辐射22和第二参考辐射52的相对方向进行相应的调节，以减小第二干涉图案的灵敏度向量。/>

在实施例中，调节光学系统2的光学属性以减小在第一干涉图案中对比度随位置的变化，该光学系统2用于将第一散射辐射31的到达传感器6的部分41从结构8引导至传感器6。在实施例中，被调节的光学属性包括光学系统2的放大率M(例如，图3的示例中的F₁/F₂)。在实施例中，通过调节光学属性以减小灵敏度向量的大小来实现对比度随位置的变化的减小。在实施例中，结合对第一照射辐射21和第一参考辐射51的相对方向的调节来执行对光学属性的调节，从而实现更大程度地减小对比度随位置的变化(例如，通过减小灵敏度向量/>)。根据以上讨论的灵敏度向量/>的形式(即/>)可以理解与调节第一照射辐射21和第一参考辐射51的相对方向相结合地调节光学属性的优点，并且可以看出该优点依赖于光学系统2的放大率M以及第一照射辐射21和第一参考辐射51的相对方向。在实施例中，进行相应的调节以实现在第二干涉图案中对比度随位置的变化的减小。

在如上所述的暗场全息术以及具有有限的时间相干长度的照射辐射(非单色照射)的情况下，参与形成相应干涉图案的光学元件的对准要求可能非常苛刻。有限的时间相干长度意味着有用特征(例如条纹)可见的视场可被限制，这使得信息的提取变得困难。可能需要对参考辐射方向、光学系统2的NA、以及放大率和源带宽参数范围进行微调，以在传感器6的足够宽的区域中看到有用特征。上述用于减小灵敏度向量的技术为相关参数的系统调整提供了基础，以促进最佳地记录干涉图案的有用特征。

图11和图12描绘了以上参照图9和图10描述的实施例的变型。根据该变型，在结构8的参考系中，代替第一参考辐射51在传感器6上的方位角不同于第二参考辐射52在传感器6上的方位角，而是第一参考辐射51在传感器6上的方位角与第二参考辐射52在传感器6上的方位角名义上是相同的(可选地在5度内，可选地在2度内，可选地在1度内)，并且第一参考辐射51在传感器6上的方位角与第一照射辐射21在结构8上的方位角和第二照射辐射22在结构8上的方位角中的每一个的差值为90±30度。在实施例中，第一参考辐射51在传感器6上的方位角与第一照射辐射21在结构8上的方位角和第二照射辐射22在结构8上的方位角中的每一个的差值名义上为90度(可选地在5度内，可选地在2度内，可选地在1度内)。

以这种方式布置第一照射辐射21、第一参考辐射51、第二照射辐射22和第二参考辐射52的相对方向，在第一干涉图案和第二干涉图案的平面中至少在平行于第一参考辐射51和第二参考辐射52的分量的方向上(平行于图11和图12中的k_y轴)减小了第一干涉图案和第二干涉图案之间的不期望的差异。这是由于对比度随位置的变化相对于k_y轴具有镜面对称性。第一干涉图案的对比度函数C₁(由图11的配置形成)和第二干涉图案的对比度函数C₂(由图12的配置形成)如下所示：

其中和/>是相应的灵敏度向量项。在图11和图12上绘制了灵敏度向量项/>和/>可以看出，在图11的配置和图12的配置之间在照射方向上的180度切换引起了相应灵敏度向量项的k_x分量的变化，但是没有引起k_y的变化。k_y方向上的对比度函数没有因照射方向的变化而变化。因此，k_x方向上的对比度将沿着k_y轴是镜像的。例如由于结构8的对称属性，在沿y方向的变化对于确定结构8的特性(例如，重叠)而言最重要的情况下，实现k_y方向上的不变的对比度函数确保减小或避免了第一干涉图案与第二干涉图案之间的不期望的差异(例如，并非源自结构8的差异)。

现在参考图13和图14描述其他实施例。

公开了一种用于确定制造在衬底上的结构的特性的量测设备。量测设备使用全息术原理来测量由结构散射出的辐射的复数辐射场。量测设备包括用于利用辐射照射结构的照射分支。量测设备包括检测分支，该检测分支用于将散射辐射的一部分引向传感器，该传感器适于记录撞击在传感器上的辐射。检测分支包括光学元件，该光学元件用于捕获散射辐射的不包括来自镜面反射的辐射之外的一部分。检测分支还包括接收单元，该接收单元用于接收与照射该结构的辐射相干的参考辐射。检测分支被配置成将参考辐射引导至传感器，以在传感器上与由光学元件捕获的散射辐射进行干涉。

上述量测设备是全息装置，并且在传感器处形成图像，该图像是参考辐射与由该结构散射出的一部分辐射之间的干涉的结果。基于在传感器上形成的一个或更多个图像，可以确定包括关于散射辐射的信息的辐射的复数场。将辐射引向传感器的光学元件和可选的光学器件包含会使相机的成像退化的像差。如果光学元件的特性是已知的，则相对容易地使散射辐射的所测量的复数场朝向由衬底上的结构散射出的复数场反向传播。具有散射辐射的复数场的知识是有利的，因为所述知识提供了可用于确定衬底上的结构的特性的更多信息。例如，在2018年2月27日提交的欧洲专利申请EP18158745.2中，已经公开了散射辐射的相位信息如何可以用来确定衬底上不同层的结构之间的重叠误差。欧洲专利申请EP18158745.2通过引用并入本文中。

在实施例中，光学元件不与照射分支共享。

可选地，传感器布置在光学元件的光瞳平面中或布置在与光瞳平面共轭的平面中。可选地，传感器布置在光学元件的场平面中。可选地，传感器布置在被配置在光学元件的光瞳平面和场平面之间的平面中。

在实施例中，光学元件具有较低的数值孔径(NA)。可选地，光学元件的NA小于0.3，可选地小于0.2。可选地，光学元件是平凸透镜。平凸透镜是等晕的，并且具有相对较高的像差。可选地，光学元件是平非球面的。平非球面是非等晕的，并且具有相对较低的像差。

在实施例中，光学元件具有较高的数值孔径(NA)。可选地，光学元件的NA大于0.5，可选地大于0.65，可选地大于0.8。

在实施例中，量测设备具有分束器，该分束器被配置成将接收到的辐射束分成第一束(照射辐射)和第二束(参考辐射)。可选地，量测设备在第一束或第二束的光路中包括延迟元件，该延迟元件用于控制第一束和第二束之间的相位差。

可选地，量测设备包括辐射源，该辐射源被配置成产生在时间和空间上相干的、或在时间和空间上部分相干的、或在时间上相干并在空间上部分不相干的电磁辐射束。该辐射束被提供给分束器。

可选地，辐射具有在可见光波长范围内的波长。可选地，辐射具有在红外波长范围内的波长。可选地，辐射具有在紫外波长范围内的波长。可选地，辐射具有在深紫外(DUV)波长范围内的波长。可选地，辐射具有在极紫外(EUV)波长范围内的波长。

可选地，辐射源被配置成产生可控波长的辐射。

可选地，辐射源包括滤光单元，该滤光单元用于从具有宽光谱分布的辐射中产生可控波长的辐射。

可选地，量测设备包括用于确定衬底上的结构的特性的处理单元。处理单元耦合到传感器，用于接收包括关于撞击在传感器上的辐射的信息的信号。可选地，处理单元被配置成校正光学元件的像差。可选地，处理单元被配置成校正光学元件的光瞳平面中的像差。

可选地，量测工具以不同波长的辐射来执行不同的测量，并且处理单元被配置成使用不同的测量结果来确定衬底上的结构。

图13示出了量测设备100的实施例。量测设备包括传感器102，该传感器102可以是被配置成记录撞击辐射的图像的像素化图像传感器。可选地，量测设备包括滤光片104，该滤光片104被配置成对撞击在传感器102上的辐射进行滤光。滤光片104可以是偏振滤光片。

沿着检测分支从结构118朝向传感器102引导由衬底上的结构118散射出的辐射的(至少一部分)非零衍射阶的辐射119。通常，辐射119不是镜面反射的辐射，并且如果本文提及非零衍射阶，则也可以读取不包括镜面反射辐射的辐射。检测分支还包括分束器106，该分束器106允许辐射119朝向传感器102(部分)透射，并且还朝向传感器102反射参考辐射126。检测分支至少包括一个光学元件120，该光学元件120捕获由结构118散射出的辐射的一部分。在实施例中，光学元件120捕获散射辐射的非零衍射阶。光学元件120还可以捕获多个非零衍射阶。结构118以与照射辐射114的入射角相等的反射角反射零衍射阶(图中未示出)。检测分支可以包括另一光学元件108。光学元件120和另一光学元件108可以是折射式或反射式元件，例如透镜或反射镜。也可以使用透镜和反射镜的组合。先前已讨论了光学元件120的实施例。传感器102可以布置在光学元件的光瞳平面中，或布置在与光瞳平面共轭的平面中。在另一实施例中，传感器102可以布置在光学元件120的场平面中。

量测设备还包括照射分支，该照射分支照射衬底上的结构118。照射分支包括例如从玻璃光纤110接收照射辐射的照射辐射接收单元112。照射辐射接收单元112将照射辐射114朝向反射镜116透射，该反射镜116将照射辐射114朝向结构118反射。在所示实施例中，照射辐射以非零入射角撞击在结构118上。在另一实施例中，照射辐射以非零入射角撞击在结构118上，并且检测分支的光轴相对于其上存在结构118的衬底的法线具有非零角度。在图13的实施例中，光学元件120不与量测设备的照射分支共享。

量测设备还包括参考照射接收单元124，该参考照射接收单元124可以例如从玻璃光纤122接收参考辐射。参考辐射126通过照射接收单元124朝向反射镜128透射，该反射镜128朝向分束器元件106反射照射辐射126。参考辐射相对于照射辐射114是相干的。

传感器102可以耦合到处理单元132。传感器102提供表示撞击在传感器102上的辐射的信息的信号130。上面已经讨论了处理单元132的可选任务。

为了产生彼此相干的照射辐射和参考辐射，量测设备可以包括如图14所示的分束装置200。源202可以提供辐射束222。该辐射可以是具有足够的空间相干长度并且具有足够的时间相干性的相干辐射。通常，该辐射是在时间和空间上相干的、或在时间和空间上部分相干的、或在时间上相干并在空间上部分不相干的电磁辐射。辐射束222被提供给分束器220。在源202和分束器220之间，可以设置滤光单元224。滤光单元可以设置有可互换的或可控的滤光片，该滤光片允许朝向分束器220透射单个波长的辐射或仅在较窄光谱范围内的辐射。从分束器透射两束辐射。

辐射束中的一个可以是参考辐射，并且辐射束中的另一个可以是照射辐射。在图14的示例中，束204包括照射辐射，该照射辐射可以通过单元206耦合到玻璃光纤208，该玻璃光纤208可以耦合到图13的玻璃光纤110。

由分束器220透射的其他辐射束以三角形横截面朝向反射镜210透射。在图14的示例中，该辐射束是参考辐射212。反射镜210的第一表面朝向由材料中的凹部形成的反射镜218反射参考辐射。凹部的横截面形状也为三角形。反射镜218以略微不同的位置将参考辐射反射回反射镜210的第二表面。第二表面朝向将参考辐射耦合到光纤214的单元反射参考辐射212，该光纤214可以耦合到图13的玻璃光纤122。通过沿箭头216所示的方向平移凹入的反射镜218，可以实现照射束和参考束之间的可控时间延迟(＝相位差)。也可以使用其他方式来引入可控时间延迟，例如通过可以移入和移出束的光楔。

在图13和图14的上述实施例中，玻璃光纤110、112、208、214用于将辐射从分束装置朝向接收单元112、124传输。玻璃光纤的使用不是必需的。也可以使用其他方式来向接收单元112、124传输或透射辐射。在实施例中，分束装置200与图13所示的装置完全集成在一起，使得用于照射结构的辐射被直接透射到衬底上的结构118，并且使得参考辐射被直接传输到分束器106或传感器102。

应当注意，图13和图14的实施例是可能的设置的示例。技术人员可以想到具有相同功能并且在本发明的精神内的变型。

在后续方面中公开了进一步的实施例：

a.一种用于确定制造在衬底上的结构的特性的量测设备，包括

-照射分支，该照射分支用于利用辐射照射结构，

-检测分支，该检测分支用于将散射辐射的一部分引向传感器，该传感器适于记录撞击在传感器上的辐射，该检测分支包括光学元件，该光学元件用于捕获散射辐射的不包括来自镜面反射的辐射的一部分，该检测分支还包括接收单元，该接收单元用于接收与照射结构的辐射相干的参考辐射，该检测分支被配置成将参考辐射引导至传感器，以在传感器上与由光学元件捕获到的散射辐射进行干涉。

在后续编号的方面中公开了进一步的实施例：

1.一种确定制造在衬底上的结构的特性的方法，包括：

利用第一照射辐射照射所述结构以产生第一散射辐射，并在传感器上检测由所述第一散射辐射的到达所述传感器的部分与第一参考辐射之间的干涉形成的第一干涉图案；

利用第二照射辐射从在所述结构的参考系中与所述第一照射辐射的方向不同的方向照射所述结构，以产生第二散射辐射，并在所述传感器上检测由所述第二散射辐射的到达所述传感器的部分与第二参考辐射之间的干涉形成的第二干涉图案；以及

使用所述第一干涉图案和所述第二干涉图案来确定所述结构的所述特性，其中：

在所述结构的所述参考系中，所述第一参考辐射到所述传感器上的方位角与所述第二参考辐射到所述传感器上的方位角不同。

2.根据方面1所述的方法，其中，所述第一参考辐射到所述传感器上的方位角与所述第二参考辐射到所述传感器上的方位角之间的差值为180±30度。

3.根据方面1或2所述的方法，其中，在所述结构的所述参考系中，所述第一照射辐射到所述结构上的方位角与所述第二照射辐射到所述结构上的方位角之间的差值名义上为180度。

4.根据任一前述方面所述的方法，其中：

对辐射束进行分束以产生所述第一照射辐射和所述第一参考辐射；并且

对于所述第一照射辐射和所述第一参考辐射中的每一个，将辐射束被分束的点与所述传感器之间的光程设置为是相等的。

5.根据任一前述方面所述的方法，其中：

对辐射束进行分束以产生所述第二照射辐射和所述第二参考辐射；并且

对于所述第二照射辐射和所述第二参考辐射中的每一个，将辐射束被分束的点与所述传感器之间的光程设置为是相等的。

6.根据任一前述方面所述的方法，其中，所述第一散射辐射的到达所述传感器的部分不包括所述第一散射辐射的镜面反射分量。

7.根据任一前述方面所述的方法，其中，所述第二散射辐射的到达所述传感器的部分不包括所述第二散射辐射的镜面反射分量。

8.根据任一前述方面所述的方法，其中，所述第一散射辐射的到达所述传感器的部分至少主要由从所述结构散射出的一个或更多个非零阶衍射分量组成。

9.根据方面8所述的方法，其中，所述第二散射辐射的到达所述传感器的部分至少主要由从所述结构散射出的一个或更多个非零阶衍射分量组成，该一个或更多个非零阶衍射分量的符号与所述第一散射辐射的到达所述传感器的部分的一个或更多个非零阶衍射分量的符号相反。

10.根据任一前述方面所述的方法，其中，所述第一参考辐射到所述传感器上的方位角相对于所述第一照射辐射到所述结构上的方位角是倾斜的。

11.根据任一前述方面所述的方法，还包括相对于所述第一照射辐射到所述结构上的方向调节所述第一参考辐射到所述传感器上的方向，从而减小在所述第一干涉图案中对比度随位置的变化。

12.根据方面11所述的方法，还包括调节光学系统的光学属性以减小在所述第一干涉图案中对比度随位置的变化，所述光学系统用于将所述第一散射辐射的到达所述传感器的部分从所述结构引导至所述传感器。

13.根据方面12所述的方法，其中，所述光学属性包括所述光学系统的放大率。

14.一种确定制造在衬底上的结构的特性的方法，包括：

在所述结构的参考系中，所述第一参考辐射到所述传感器上的方位角与所述第二参考辐射到所述传感器上的方位角名义上是相同的，并且所述第一参考辐射到所述传感器上的方位角与所述第一照射辐射到所述结构上的方位角和所述第二照射辐射到所述结构上的方位角中的每一个之间的差值为90±30度。

15.根据任一前述方面所述的方法，其中，所述第一参考辐射和所述第二参考辐射中的每一个是平面波或球面波。

16.根据任一前述方面所述的方法，其中：

所述第一散射辐射的到达所述传感器的部分在所述传感器处与所述第一参考辐射至少部分地相干；并且

所述第二散射辐射的到达所述传感器的部分在所述传感器处与所述第二参考辐射至少部分地相干。

17.根据任一前述方面所述的方法，其中，基于所述第一干涉图案和所述第二干涉图案之间的差异来确定所述结构的所述特性。

18.根据任一前述方面所述的方法，其中，确定所述结构的所述特性包括：根据所述第一干涉图案和所述第二干涉图案中的每一个来计算辐射的复数场，并且使用计算出的复数场来确定所述结构的所述特性。

19.根据任一前述方面所述的方法，其中，所述结构的所述特性包括以下各项中一个或更多个：

重叠；

指示在光刻过程中用于制造所述结构的辐射的聚焦误差的误差；和

指示在光刻过程中用于制造所述结构的辐射的辐射剂量误差的误差。

20.一种量测设备，所述量测设备被配置成确定制造在衬底上的结构的特性，所述量测设备包括：

照射分支，所述照射分支被配置成利用第一照射辐射照射所述结构以产生第一散射辐射；

检测分支，所述检测分支被配置成在传感器上检测由所述第一散射辐射的到达所述传感器的部分与第一参考辐射之间的干涉形成的第一干涉图案，其中：

所述照射分支还被配置成利用第二照射辐射从在所述结构的参考系中与所述第一照射辐射的方向不同的方向照射所述结构，以产生第二散射辐射；

所述检测分支还被配置成在所述传感器上检测由所述第二散射辐射的到达所述传感器的部分与第二参考辐射之间的干涉形成的第二干涉图案；

所述量测设备还包括处理单元，所述处理单元被配置成使用所述第一干涉图案和所述第二干涉图案来确定所述结构的所述特性；并且

21.一种量测设备，所述量测设备被配置成确定制造在衬底上的结构的特性，所述量测设备包括：

照射分支，所述照射分支被配置成利用第一照射辐射照射所示结构以产生第一散射辐射；

尽管在本文中可以具体参考光刻设备在IC的制造中的使用，但应该理解，本文所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。

尽管在本文中可以具体参考在光刻设备的环境下的本发明的实施例，但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、量测设备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)之类的对象的任何设备的一部分。这些设备通常可以称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。

尽管具体参考了“量测设备/工具/系统”或“检查设备/工具/系统”，但是这些术语可以指代相同或相似类型的工具、设备或系统。例如，包括本发明实施例的检查或量测设备可以用于确定衬底或晶片上的结构的特性。例如，包括本发明实施例的检查设备或量测设备可以用于检测衬底的缺陷或衬底或晶片上的结构的缺陷。在这样的实施例中，衬底上的结构的目标特性可以涉及结构中的缺陷、结构的特定部分的缺失、或者衬底上或晶片上不期望的结构的存在。

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

虽然在上文中已描述了本发明的具体实施例，但应当理解，本发明可以以与所述方式不同的方式来实践。以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。因此，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离下面陈述的权利要求的范围的情况下，可以对所描述的本发明进行修改。

Claims

1.一种确定制造在衬底上的结构的特性的方法，包括：

在所述结构的所述参考系中，所述第一参考辐射到所述传感器上的第一方位角与所述第二参考辐射到所述传感器上的第二方位角不同。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一参考辐射到所述传感器上的第一方位角与所述第二参考辐射到所述传感器上的第二方位角之间的差值为180±30度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述结构的所述参考系中，所述第一照射辐射到所述结构上的第一方位角与所述第二照射辐射到所述结构上的第二方位角之间的差值名义上为180度。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中：

5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中：

6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述第一散射辐射的到达所述传感器的部分不包括所述第一散射辐射的镜面反射分量。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述第二散射辐射的到达所述传感器的部分不包括所述第二散射辐射的镜面反射分量。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述第一散射辐射的到达所述传感器的部分至少主要由从所述结构散射出的一个或更多个非零阶衍射分量组成。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二散射辐射的到达所述传感器的部分至少主要由从所述结构散射出的一个或更多个非零阶衍射分量组成，该一个或更多个非零阶衍射分量的符号与所述第一散射辐射的到达所述传感器的部分的一个或更多个非零阶衍射分量的符号相反。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述第一参考辐射到所述传感器上的第一方位角相对于所述第一照射辐射到所述结构上的第二方位角是倾斜的。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，还包括相对于所述第一照射辐射到所述结构上的方向调节所述第一参考辐射到所述传感器上的方向，从而减小在所述第一干涉图案中对比度随位置的变化。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括调节光学系统的光学属性以减小在所述第一干涉图案中对比度随位置的变化，所述光学系统用于将所述第一散射辐射的到达所述传感器的部分从所述结构引导至所述传感器。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述光学属性包括所述光学系统的放大率。

14.一种确定制造在衬底上的结构的特性的方法，包括：

在所述结构的参考系中，所述第一参考辐射到所述传感器上的第一方位角与所述第二参考辐射到所述传感器上的第二方位角名义上是相同的，并且所述第一参考辐射到所述传感器上的第一方位角与所述第一照射辐射到所述结构上的第一方位角和所述第二照射辐射到所述结构上的第二方位角中的每一个之间的差值为90±30度。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一参考辐射和所述第二参考辐射中的每一个是平面波或球面波。

16.根据权利要求14所述的方法，其中：

17.根据权利要求14-16中任一项所述的方法，其中，基于所述第一干涉图案和所述第二干涉图案之间的差异来确定所述结构的所述特性。

18.根据权利要求14-16中任一项所述的方法，其中，确定所述结构的所述特性包括：根据所述第一干涉图案和所述第二干涉图案中的每一个来计算辐射的复数场，并且使用计算出的复数场来确定所述结构的所述特性。

19.根据权利要求14-16中任一项所述的方法，其中，所述结构的所述特性包括以下各项中一个或更多个：

重叠；