CN112740109A - 用于位置量测的量测传感器 - Google Patents

Abstract

披露了一种被配置为产生包括多个照射束的测量照射的量测装置(1600)，这些照射束中的每一个照射束是空间不相干的或伪空间不相干的并且在量测装置的照射光瞳中包括多个光瞳点。多个照射束中的每一个照射束中的每一个光瞳点在多个照射束中的其他照射束中的至少一个照射束中具有对应的光瞳点，由此限定多个对应的光瞳点集合，并且对应的光瞳点集合中的光瞳点相对于彼此是空间相干的。

Description

用于位置量测的量测传感器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年9月19日递交的EP申请18195488.4和于2019年1月3日递交的EP申请19150245.9的优先权。这两个EP申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于在光刻过程中测量位置信息的方法和设备。

背景技术

光刻设备是将期望的图案施加到衬底上(通常施加到衬底的目标部分上)的机器。光刻设备可以用于例如制造集成电路(IC)。在这种情况下，图案形成装置(其可替代地称作掩模或掩模版)可以用于产生待形成于IC的单层上的电路图案。可以将此图案转移到衬底(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。通常通过成像到设置于衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行图案的转印。通常，单个衬底将包含连续地图案化的相邻目标部分的网格。已知的光刻设备包括：所谓的步进器，其中，通过将整个图案一次曝光到目标部分上来照射每一个目标部分；以及所谓的扫描仪，其中，通过在给定方向(“扫描”方向)上通过辐射束扫描图案同时平行或反向平行于该方向同步地扫描衬底来照射每一个目标部分。还可以通过将图案压印到衬底上来将图案从图案形成装置转印到衬底。

在制造复杂器件时，通常执行许多光刻图案化步骤，由此在衬底上的连续层中形成功能特征。因此，光刻设备的性能的关键方面是相对于置于先前层中(通过相同设备或不同光刻设备)的特征正确且精确地放置所施加的图案的能力。为此，衬底设置有对准标记的一个或更多个集合。每一个标记是稍后能够使用位置传感器(通常是光学位置传感器)测量其位置的结构。光刻设备包括一个或更多个对准传感器，能够通过传感器准确地测量衬底上的标记的位置。已知来自不同制造商和来自相同制造商的不同产品的不同类型的标记和不同类型的对准传感器。广泛地用于当前光刻设备中的一种类型的传感器是基于如US6961116(den Boef等人)中描述的自参考干涉仪。通常，分别测量标记以获得X位置和Y位置。然而，能够使用已公开的专利申请US2009/195768A(Bijnen等人)中描述的技术来执行组合式X测量和Y测量。在US2015355554A1(Mathijssen)、WO2015051970A1(Tinnemans等人)中描述了对这些传感器的修改和应用。所有这些公开的内容以引用的方式并入本文中。

为了监测光刻过程，测量图案化衬底的参数。参数可以包括例如形成于图案化衬底中或上的连续层之间的重叠误差。可以对产品衬底和/或对专用量测目标执行该测量。存在用于进行在光刻过程中形成的显微结构的测量的各种技术，包括使用扫描电子显微镜和各种专门工具。快速且非侵入形式的专用检查工具是散射仪，其中，将辐射束引导到衬底的表面上的目标上，并且测量散射束或反射束的性质。两种主要类型的散射仪是已知的。光谱散射仪将宽带辐射束引导到衬底上并测量散射到特定窄角度范围内的辐射的光谱(作为波长的函数的强度)。角分辨散射仪使用单色辐射束并测量作为角度的函数的散射辐射的强度。

已知的散射仪的示例包括US2006033921A1和US2010201963A1中描述的类型的角分辨散射仪。由这些散射仪使用的目标是相对较大(例如40μm乘40μm)的光栅，并且测量束产生小于光栅的斑(即，光栅填充不足)。除了通过重构进行特征形状的测量以外，也可以使用该设备测量基于衍射的重叠，如已公开的专利申请US2006066855A1中描述的那样。使用衍射阶的暗场成像进行的基于衍射的重叠量测使得能够对较小目标进行重叠测量。可以在国际专利申请案WO2009/078708和WO2009/106279中找到暗场成像量测的示例，该文献的全部内容以引用的方式并入本文中。已公开的专利公开US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A和WO2013178422A1中已经描述了该技术的进一步发展。这些目标可以小于照射斑并且可以被晶片上的产品结构环绕。能够使用复合光栅目标在一个图像中测量多个光栅。所有这些申请的内容也以引用的方式并入本文中。

发明内容

在本发明的第一方面中，提供一种被配置为产生包括多个照射束的测量照射的量测装置，所述照射束中的每一个照射束是空间不相干的或伪空间不相干的并且在所述量测装置的照射光瞳中包括多个光瞳点，其中，所述多个照射束中的每一个照射束中的每一个光瞳点在所述多个照射束中的其他照射束中的至少一个照射束中具有对应的光瞳点，由此限定多个对应的光瞳点集合，并且其中，每个对应的光瞳点集合中的光瞳点相对于彼此是空间相干的。

在实施例中，每一个光瞳点相对于同一照射束中的所有其他光瞳点基本上是空间不相干的。

在实施例中，每个光瞳点集合至少对于与所考虑的测量方向相对应的所述照射束，每个光瞳点集合是所述照射光瞳内的所有其他光瞳点集合的几何平移。

在实施例中，所述量测装置还包括离轴照射产生器，所述离轴照射产生器从单束非相干辐射产生测量照射的多个照射束。在另一个实施例中，所述离轴照射产生器包括2D相位光栅或针对每一个测量方向的至少一个相位光栅。在另一个实施例中，所述离轴照射产生器包括2D相位光栅或针对每一个测量方向的至少一对相位光栅、至少一对透镜和位于由所述至少一对透镜中的一个透镜限定的傅立叶平面中的至少一对光楔，其被布布置为使得每一个照射束内的不同波长具有共享入射照射角度。在另一个实施例中，所述离轴照射产生器包括至少一个可变衰减器，所述至少一个可变衰减器位于所产生的照射束中的至少一个照射束的路径中，使得所产生的照射束的强度被平衡。

在实施例中，所述离轴照射产生器包括多个分束器和反射器部件，所述多个分束器和反射器部件被布置为从所述单束非相干辐射产生四个相同的照射束，并且使得每一个照射束内的不同波长具有共享入射照射角度。

在实施例中，每一个照射束位于所述照射光瞳中，使得在由周期性结构散射所述测量照射之后，在所述量测装置的检测光瞳中针对每一个照射束捕获对应的较高衍射阶。在另一个实施例中，所述多个照射束根据所考虑的测量方向包括一对照射束，并且所捕获的对应的较高衍射阶针对每一个方向包括互补的较高衍射阶。在另一个实施例中，针对所有所述多个照射束，每个对应的光瞳点集合中的光瞳点相对于彼此是空间相干的。在另一其他实施例中，仅针对对应于所考虑的测量方向中的单个方向的每一对照射束，每个对应的光瞳点集合中的光瞳点相对于彼此是空间相干的。

在实施例中，所述量测装置能够在暗场配置中操作，以便不检测零阶散射辐射。

在实施例中，所述量测装置包括光瞳成像支路，所述光瞳成像支路用于对所述量测装置的所述检测光瞳进行成像。在另一个实施例中，所述量测装置包括斑大小调谐器，所述斑大小调谐器用于调谐所述测量照射和/或所述照射束的斑大小。

在实施例中，所述量测装置包括位于所述照射光瞳和/或检测光瞳中的可调谐滤波器，所述可调谐滤波器用于调谐颜色、偏振、空间分布和角分布中的一项或更多项。

在实施例中，所述量测装置包括检测器，所述检测器能够操作以对由所述较高衍射阶的干涉产生的干涉图案进行成像。在另一个实施例中，所述量测装置能够操作以根据所述干涉图案的位置来确定位置信息。在另一个实施例中，所述量测装置能够作为对准传感器进行操作，所述对准传感器用于相对于来自所述干涉图案的所述位置的固定参照物来测量衬底上的周期性结构的位置。在另一个实施例中，所述量测装置能够作为重叠量测装置进行操作，所述重叠测量装置能够操作以根据两个干涉图案的相对位置来测量重叠，每一个干涉图案对应于不同的周期性结构。

在实施例中，所述量测装置能够操作以：测量衬底上的多个周期性结构以获得多个测量结果；以及基于所述多个位置测量结果在后续处理步骤中优化所述衬底的定位。在另一个实施例中，所述周期性结构中的一些或全部周期性结构是关于用于在所述衬底上形成结构的光刻过程的不同层。在另一个实施例中，所述量测装置能够操作为使得优化所述衬底的定位包括基于每一层的所确定或所分配的临界状态来确定加权平均值。在实施例中，所述量测装置能够操作以通过捕获单个图像中的与所述周期性结构中的每一个结构相对应的干涉图案来测量衬底上的所述多个周期性结构。

在实施例中，所述量测装置是，所述测量照射包括多个波长或波长带。在另一个实施例中，所述量测装置能够操作以获得与所述多个波长或波长带中的每一个波长或波长带相对应的每一个干涉图案的分立的图像，其中，所述分立的图像在所述检测器的相同区上依次获得；或者，在所述检测器的不同区上或在不同检测器上同时获得每一个图像。

在实施例中，所述量测装置能够操作以使与所述多个波长或波长带中的每一个波长或波长带相对应的所述干涉图案同时成像于所述检测器的相同区上，并且所述量测装置还能够操作以通过基于每一个干涉图案的不同定向角度分离所述干涉图案来处理所述图像。

在实施例中，所述量测装置能够操作以针对每一个周期性结构确定所述干涉图案的一个或更多个优化后的关注区。在另一个实施例中，基于所述干涉图案的图像的一个或更多个特性和/或基于作为所述优化后的关注区的函数的测得的或建模的性能参数值，确定所述一个或更多个优化后的关注区。在另一个实施例中，所述一个或更多个优化后的关注区包括多个关注区，每一个关注区基于所述干涉图案的图像的一个或更多个特性、和/或基于作为所述优化后的关注区的函数的测得的或建模的性能参数值对应权重。

在实施例中，所述测量照射包括已知的偏振状态，并且所述量测装置包括偏振分离元件，所述量测装置被布置为使偏振分辨后的干涉图案分别成像。

在实施例中，所述量测装置能够在不同的照射模式下操作，其中，所述测量照射仅包括多个照射束的子集。在另一个实施例中，所述照射模式包括一束模式或单束模式，其中，所述子集仅包括所述照射束中的单个照射束。在另一个实施例中，所述量测装置能够操作以基于使用所述单束模式中的一种或更多种单束模式检测到的散射辐射的检测到的强度来确定所述周期性结构的不对称性。在另一个实施例中，所述检测到的强度包括使用所述单束模式中的两种单束模式获得的相对的较高衍射阶之间的检测到的强度差，每一种单束模式对应于所述较高衍射阶中的一个衍射阶。在另一个实施例中，所述所确定的不对称性用于校正位置测量结果。在另一个实施例中，所述所确定的不对称性用于确定针对重叠或聚焦的值。

在实施例中，所述量测装置能够操作以基于对所述干涉图案中的干涉条纹对比度的量度来确定所述周期性结构的不对称性。

在实施例中，所述量测装置能够操作以基于对所述干涉图案中的干涉条纹的位置的量度来确定所述周期性结构的不对称性。

在实施例中，所述量测装置包括至少一个检测器参考周期性结构，以使得能够校准所述检测器中的漂移。

在实施例中，所述量测装置包括照射调谐部件，所述照射调谐部件为所述测量照射提供可调谐波长和/或光谱功能性。

在实施例中，所述量测装置包括用于能够实现所述量测装置内的光学像差的校准的至少一个像差参考周期性结构。在另一个实施例中，所述量测装置能够操作以通过以下步骤来执行像差校准：测量所述参考周期性结构；根据所述参考周期性结构的测量结果，确定描述所述量测装置内的光学像差的像差指纹；以及使用所述像差指纹来校正后续测量结果。

在实施例中，所述量测装置包括用于调谐所述测量照射的偏振的可调谐偏振器以及在所述量测装置的检测路径中的对应的偏振检测器。

在实施例中，所述量测装置包括：光瞳照射模式部件，所述光瞳照射模式部件能够操作以改变所述照射束之间的相干性。

在实施例中，所述量测装置包括用于产生所述测量辐射的空间不相干的辐射源。在另一个实施例中，该空间不相干的辐射源包括白炽源、发光二极管源或激光产生等离子体源。

在实施例中，所述量测装置包括：伪空间不相干的辐射源，所述伪空间不相干的辐射源产生模仿空间不相干辐射的辐射。在另一个实施例中，所述伪空间不相干的辐射源包括激光源和用于产生多模辐射的多模产生器，所述伪空间不相干的辐射源能够操作以使所述多模辐射的不同实现结果进行平均化以模仿空间不相干的辐射。在另一个实施例中，所述多模产生器包括用于产生斑点图案的旋转扩散器。在另一个实施例中，所述多模产生器包括测角计，所述测角计用于在不同角度上扫描来自激光器的单模激光束。

下文参考附图详细地描述本发明的其他方面、特征和优点以及本发明的各种实施例的结构和操作。应该注意的是，本发明不限于本文中描述的具体实施例。本文中仅出于说明性目的呈现这些实施例。基于本文中包含的教导，额外的实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。

附图说明

现在将参考附图通过示例来描述本发明的实施例，在附图中：

图1描绘光刻设备连同形成用于半导体器件的生产设施的其他设备；

图2是根据本发明的第一实施例的量测装置的示意性说明；

图3包括(a)输入辐射的光瞳图像；(b)说明根据第一实施例的图2的量测装置的操作原理的离轴照射束的光瞳图像；以及(c)说明根据第二实施例的图2的量测装置的操作原理的离轴照射束的光瞳图像；

图4示出(a)能够在对准中使用的示例目标、(b)与单个阶的检测相对应的检测光瞳的光瞳图像、(c)与四个衍射阶的检测相对应的检测光瞳的光瞳图像以及(d)在图4的(a)的目标的测量之后的所成像的干涉图案的示意性示例；

图5示意性地示出在对准测量期间与(a)第一衬底位置以及(b)第二衬底位置相对应的所成像的干涉图案；

图6示意性地说明辐射穿过图2的量测系统的传播；

图7是(a)离轴照射产生器的第一实施例；呈(b)俯视图和(c)侧视图的离轴照射产生器的第二实施例；以及(d)离轴照射产生器的第三实施例的示意性说明；

图8示意性地示出根据实施例的与同时成像在同一摄像机上的两个波长相对应的所成像的干涉图案；

图9示出根据用于测量重叠的实施例的(a)能够在重叠中使用的示例目标以及(b)在图9的(a)的目标的测量之后的所成像的干涉图案的示意性示例；

图10说明根据实施例的使用图2的量测装置来测量目标的不对称性的各种方法：图10的(a)和图10的(c)分别示出第一照射模式和第二照射模式的光瞳图像；图10的(b)和图10的(d)分别是由第一照射模式和第二照射模式产生的图像捕获的示意性说明；图10的(e)和图10的(f)示出通过测量分别具有零不对称性和具有非零不对称性的目标而产生的干涉条纹图案；以及图10的(f)和图10的(g)说明多个衍射阶的同时检测；

图11示意性地示出根据实施例的针对干涉图案的解释而选择的任意形状的关注区；

图12示意性地示出根据实施例的在单次图像捕获中测量的四个目标的干涉图案；

图13是根据本发明的第二实施例的量测装置的示意性说明；

图14的(a)至(e)示意性地说明各种泵浦探针照射方法；

图15说明(a)与用于不对称性优化的双光栅离轴照射产生器有关的相位分布；以及(b)衍射效率与相位深度的关联摇摆曲线；

图16是根据本发明的第三实施例的量测装置的示意性说明；以及

图17是根据本发明的实施例的描述对减轻量测装置的光学器件中的像差效应的校准的流程图。

具体实施方式

在详细地描述本发明的实施例之前，呈现可供实施本发明的实施例的示例环境是具指导性的。

图1在200处将光刻设备LA示出为实施大容量光刻制造过程的工业生产设施的一部分。在本示例中，制造过程适用于在诸如半导体晶片之类的衬底上制造半导体产品(集成电路)。技术人员将明白，能够通过以该过程的变型处理不同类型的衬底来制造各种产品。半导体产品的生产仅用作现今具有巨大商业意义的示例。

在光刻设备(或者简而言之，“光刻工具”200)内，测量站MEA示出于202处，并且曝光站EXP示出于204处。控制单元LACU示出于206处。在本示例中，每一个衬底访问测量站和曝光站以具有所施加的图案。例如，在光学光刻设备中，投影系统用于使用调节后的辐射和投影系统将产品图案从图案形成装置MA转印到衬底上。该转印是通过在辐射敏感抗蚀剂材料层中形成图案的图像来完成的。

本文中使用的术语“投影系统”应当广义地解释为涵盖适于所使用的曝光辐射或适于诸如浸没液体的使用或真空的使用之类的其他因素的任何类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统，或其任何组合。图案形成装置MA可以是将图案赋予由图案形成装置透射或反射的辐射束的掩模或掩模版。公知的操作模式包括步进模式和扫描模式。众所周知，投影系统可以以多种方式与用于衬底和图案形成装置的支撑件和定位系统协作，以将期望的图案施加到衬底上的许多目标部分。能够使用可编程图案形成装置来替代具有固定图案的掩模版。例如，辐射可以包括在深紫外(DUV)波带或极紫外(EUV)波带中的电磁辐射。本发明还适用于例如利用电子束的其他类型的光刻过程，例如压印光刻术和直写光刻术。

光刻设备控制单元LACU控制各种致动器和传感器的所有移动和测量结果以接收衬底W和掩模版MA并且实施图案化操作。LACU还包括用于实施与设备的操作相关的期望的计算的信号处理及数据处理能力。实际上，控制单元LACU将实现为许多子单元的系统，每个子单元处置设备内的子系统或部件的实时数据采集、处理和控制。

在曝光站EXP处将图案施加到衬底之前，在测量站MEA处处理衬底，使得可以进行各种预备步骤。预备步骤可以包括：使用水平传感器来映射衬底的表面高度，以及使用对准传感器来测量衬底上的对准标记的位置。对准标记名义上布置成规则栅格图案。然而，由于产生标记的不准确度并且由于衬底的在整个其处理中发生的变形，标记偏离理想栅格。因此，除了测量衬底的位置和定向以外，对准传感器实际上还必须详细地测量在衬底区域上的许多标记的位置(如果设备将以非常高的准确度在正确部位处印刷产品特征)。设备可以是具有两个衬底台的所谓的双平台类型，每一个衬底台具有由控制单元LACU控制的定位系统。在曝光站EXP处曝光一个衬底台上的一个衬底的同时，可以在测量站MEA处将另一个衬底装载到另一个衬底台上，使得可以进行各种预备步骤。因此，对准标记的测量非常耗时，并且提供两个衬底台能够显著增加设备的生产量。如果位置传感器IF在衬底台处于测量站处以及处于曝光站处时不能够测量衬底台的位置，则可以提供第二位置传感器以使得能够在两个站处追踪衬底台的位置。光刻设备LA可以例如是所谓的双平台类型，其具有两个衬底台以及两个站——曝光站和测量站——可以在两个站之间交换衬底台。在可替代实施例中，测量站是分立的量测或对准设备的一部分。在另一个实施例中，在测量站与曝光站之间交换衬底，其中，每一个站包括用于保持衬底的分立的衬底台，并且在执行了对衬底的测量之后从测量衬底台卸载衬底，然后将其转移到曝光站的衬底台并装载于曝光站的衬底台上以用于进行曝光过程。

在生产设施内，设备200形成“光刻元”或“光刻簇”的一部分，该“光刻元”或“光刻簇”还包括涂覆设备208以用于将感光抗蚀剂及其他涂层施加到衬底W以供设备200图案化。在设备200的输出侧处，提供焙烤设备210和显影设备212以用于将曝光后的图案显影到实体抗蚀剂图案中。在所有这些设备之间，衬底运送系统负责支撑衬底并将衬底从一台设备转移到下一台设备。通常统称为涂覆显影系统的这些设备处于涂覆显影系统控制单元的控制下，该涂覆显影系统控制单元自身受管理控制系统SCS控制，该管理控制系统也经由光刻设备控制单元LACU来控制光刻设备。因此，不同的设备能够被操作以使生产量及处理效率最大化。管理控制系统SCS接收选配方案信息R，该选配方案信息非常详细地提供待执行以产生每一个图案化衬底的步骤的定义。

一旦已在光刻单元中施加和显影图案，就将图案化衬底220转移到诸如在222、224、226处说明的其他处理设备。广泛范围的处理步骤通过典型的制造设施中的各种设备来实施。出于示例的目的，本实施例中的设备222是蚀刻站，并且设备224执行蚀刻后退火步骤。将其他物理和/或化学处理步骤应用于其他设备226等中。可能需要多种类型的操作以制作真实器件，诸如材料的沉积、表面材料特性的修改(氧化、掺杂、离子注入等)、化学机械抛光(CMP)等。实际上，设备226可以表示在一个或更多个设备中执行的一系列不同的处理步骤。作为另一个示例，可以提供用于实施自对准多重图案化的设备和处理步骤，以基于由光刻设备铺设的前驱图案来产生多个较小的特征。

众所周知，半导体器件的制造涉及该处理的许多重复，以在衬底上逐层地构建具有适当材料及图案的器件结构。因此，到达光刻簇的衬底230可以是新近制备的衬底，或者它们可以是先前已在该簇中或在另一个设备中处理完的衬底。类似地，依赖于所需的处理，离开设备226上的衬底232可以被传回以用于相同的光刻簇中的后续图案化操作，它们可以被指定以用于不同簇中的图案化操作，或者它们可以是待发送以用于锯切及封装的成品。

产品结构的每一层需要不同组过程步骤，并且用于每一层处的设备226可能在类型方面完全不同。此外，即使在待由设备226应用的处理步骤在大型设施中名义上相同的情况下，也可以存在并行地工作以对不同衬底执行步骤226的多个假设相同的机器。这些机器之间的设定或故障的较小差异可以意味着它们以不同方式影响不同衬底。即使对于每一层而言是相对常见的步骤，诸如蚀刻(设备222)也可以通过名义上相同但并行地工作的多个蚀刻设备来实施以最大化生产量。此外，实际上，不同层根据待蚀刻的材料的细节而需要不同的蚀刻过程，例如化学蚀刻、等离子体蚀刻，并且需要专用要求，例如各向异性蚀刻。

可以在如刚才提及的其他光刻设备中执行先前的和/或后续的过程，并且可以甚至在不同类型的光刻设备中执行先前的和/或后续的过程。例如，器件制造过程中的在诸如分辨率和重叠之类的参数上要求非常高的一些层相比于要求较不高的其他层，可以在更先进的光刻工具中执行。因此，一些层可以曝光于浸没型光刻工具中，而其他层曝光于“干式”工具中。一些层可以曝光于在DUV波长下工作的工具中，而其他层使用EUV波长辐射来曝光。

为了正确且一致地曝光由光刻设备曝光的衬底，期望检查曝光后的衬底以测量性质，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。因此，光刻单元LC所处的制造设施还包括量测系统，该量测系统接收已在光刻单元中处理的衬底W中的一些或全部衬底。将量测结果直接地或间接地提供到管理控制系统SCS。如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光进行调整，特别是在能够足够迅速地且快速地完成量测以使得相同批次的其他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提高良率，或者被舍弃，由此避免对已知有缺陷的衬底执行进一步处理。在衬底的仅一些目标部分有缺陷的情况下，可以仅对良好的那些目标部分执行进一步曝光。

此外，在图1中示出的是量测设备240，提供该量测设备以用于在制造过程中的期望的平台处执行对产品的参数的测量。现代光刻生产设施中的测量站的常见示例是散射仪(例如暗场散射仪、角分辨散射仪或光谱散射仪)，并且它可以应用于在设备222中的蚀刻之前测量在220处的显影后的衬底的性质。通过使用量测设备240，可以确定例如诸如重叠或临界尺寸(CD)之类的重要性能参数不满足显影后的抗蚀剂中的指定的准确度要求。在蚀刻步骤之前，存在经由光刻簇剥离显影后的抗蚀剂并重新处理衬底220的机会。通过管理控制系统SCS和/或控制单元LACU 206随着时间推移进行小幅度调整，能够使用来自设备240的量测结果242来维持光刻簇中的图案化操作的准确性能，由此使产品制作得超出规格且需要返工的风险最小化。

另外，量测设备240和/或其他量测设备(未示出)可以被应用于测量处理后的衬底232、234和传入衬底230的性质。可以在处理后的衬底上使用量测设备来确定诸如重叠或CD之类的重要参数。

在通过使用对准传感器来测量衬底上的对准标记的位置以执行对准时，将期望使对准标记节距的大小减小至例如100nm的数量级内(更具体地，300nm至800nm的范围内)。还将期望减小对准标记的面积(占据面积)，使得许多(例如数千)对准标记能够全部容纳在晶片上方；包括管芯内、产品结构之间——其中，晶片空间是“昂贵的”。

许多现有对准传感器(诸如在引言中提及的公开文献中描述的那些对准传感器)需要相互相干的共轭离轴束(例如这些束来源于同一单模辐射源)。这允许在对应的衍射阶之间进行干涉。然而，对空间相干的辐射的使用产生干涉假影(诸如斑点效应)，该干涉假影对对准测量具有影响，从而产生定位误差。其他现有对准传感器使用空间不相干的辐射，由此避免斑点问题。然而，当使用非相干的辐射时，可以分辨较小的标记节距(例如小于照射波长)的唯一方式是在亮场模式下进行成像，其中，较高衍射阶与零阶干涉。通过比较，前述相干的源传感器能够使用暗场成像模式，其中，零阶通常被阻挡。这些暗场成像为亮场成像提供优良性能。

为了解决上述问题，提出一种具有优化后的相干性的量测装置。更具体地，本文中提出的是一种被配置为产生测量照射的多个空间不相干的束的量测装置，所述束中的每一束(或所述束的测量对中的两个束，每一个测量对对应于一测量方向)在其横截面内具有对应的区；针对对应的区，这些区处的束之间的相位关系是已知的；即，针对对应的区，存在相互的空间相干性。

该量测装置将能够测量具有可接受的(最小的)干涉假影(斑点)的较小节距目标，并且在暗场模式下也将是能够操作的。这样的量测装置可以用作用于测量衬底位置(例如测量周期性结构或对准标记相对于固定参考位置的位置)的位置传感器或对准传感器。然而，量测装置还可以用于测量重叠(例如在拼接标记的情况下，测量不同层或甚至同一层中的周期性结构的相对位置)。量测装置还能够测量周期性结构的不对称性，并且因此可以用于测量任何参数，该参数是基于目标不对称性测量(例如使用基于衍射的重叠(DBO)技术的重叠，或使用基于衍射的聚焦(DBF)技术的聚焦)。

所提出的硬件示例

图2示出该量测装置的可能实施方式。量测装置基本上作为具有新颖的照射模式的标准显微镜来操作。量测装置300包括光学模块305，该光学模块包括装置的主要部件。照射源310(其可以位于模块305外部且通过多模光纤315光学上耦接至该模块)将空间不相干的辐射束320提供到光学模块305。光学部件317将空间不相干的辐射束320传送至相干的离轴照射产生器325。该部件对本文中的概念尤为重要并将更详细地描述。相干的离轴照射产生器325从空间不相干的辐射束320产生多个(例如四个)离轴束330。下文将进一步详细描述这些离轴束330的特性。照射产生器的零阶可以被照射零阶阻挡元件375阻挡。该零阶将仅针对本文件中描述的相干离轴照射产生器示例(例如基于相位光栅的照射产生器)中的一些而存在，并且因此在没有产生这样的零阶照射时可以省略。经由(光学部件335和)斑反射镜340将离轴束330传送至(例如高NA)物镜345。该物镜将离轴束330聚焦到位于衬底350上的样本(例如周期性结构/对准标记)上，在该样本中它们散射和衍射。散射后的较高衍射阶355+、355-(例如分别为+1阶和-1阶)经由斑反射镜340传播回来，并且由光学部件360聚焦到传感器或摄像机365上，它们在该传感器或摄像机中干涉以形成干涉图案。然后，运行合适的软件的处理器380可以处理由摄像机365捕获的干涉图案的图像。

零阶衍射(被反射镜反射)的辐射在检测分支中的合适的部位处被阻挡；例如，由斑反射镜340和/或分立的检测零阶阻挡元件。应该注意的是，针对离轴照射束中的每一个离轴照射束存在零阶反射，即，在当前实施例中，总共存在四个零阶反射。适于阻挡四个零阶反射的示例性孔轮廓示出于图4的(b)和(c)中，被标记为422。这样，量测装置作为“暗场”量测装置而操作。

所提出的量测装置的主要概念用于仅在需要时诱发测量照射中的空间相干性。更具体地，在离轴束330中的每一束中的对应的光瞳点集合之间诱发空间相干性。更具体地，一个光瞳点集合包括离轴束中的每一束中的对应的单个光瞳点，该光瞳点集合是相互空间相干的，然而其中，每一个光瞳点相对于相同束中的所有其他光瞳点是非相干的。通过以这种方式优化测量照射的相干性，对较小节距的目标执行暗场离轴照射变成可行的，但在每一个离轴束330是空间不相干的情况下具有最小的斑点假影。

图3示出用于说明概念的三个光瞳图像。图3的(a)示出关于图2中的光瞳平面P1的第一光瞳图像，并且图3的(b)和3的(c)分别示出关于图2中的光瞳平面P2的第二光瞳图像。图3的(a)示出(在横截面中)空间不相干的辐射束320，并且图3的(b)和3的(c)示出(在横截面中)由相干的离轴照射产生器325在两个不同实施例中产生的离轴束330。在每一种情况下，外圆395的范围对应于显微镜物镜的最大检测NA；仅作为示例，这可以是0.95NA。

光瞳中的每一个光瞳中的三角形400指示一个光瞳点集合，所述光瞳点相对于彼此是空间相干的。类似地，叉号405指示另一个光瞳点集合，所述光瞳点相对于彼此是空间相干的。三角形相对于叉号是空间不相干的，并且所有其他光瞳点对应于束传播。一般原理(在图3的(b)中示出的示例中)是相互空间相干的光瞳点集合(每一个相干的点)在照射光瞳P2内与所有其他相干的点集合具有相同的间距。同样，在本实施例中，每一个相干的点集合是所有其他相干的点集合中的光瞳内的平移。

在图3的(b)中，由三角形400表示的第一相干点集合中的每一个光瞳点之间的间距必须等于由叉号405表示的相干的点集合中的每一个光瞳点之间的间距。在该内容背景中的“间距”是定向的，即，不允许叉号集合(第二点集合)相对于三角形集合(第一点集合)旋转。同样，离轴束330中的每一束自身包括非相干的辐射；然而，离轴束330共同包括相同束，所述束在其横截面内具有含已知的相位关系(空间相干性)的对应的点集合。应该注意的是，不必将每一个点集合中的点等距间隔开(例如，在本示例中的四个三角形405之间的间距无需相等)。这样，离轴束330不必对称地布置于光瞳内。

图3的(c)示出该基本概念可以扩展到仅在与单个测量方向相对应的束之间提供相互的空间相干性，其中，束330X对应于第一方向(X方向)，并且束330Y对应于第二方向(Y方向)。在本示例中，正方形和加号分别指示与由三角形和叉号表示的光瞳点集合相对应但不必与由三角形和叉号表示的光瞳点集合空间相干的光瞳点集合。然而，叉号是相互空间相干的，该情况同样适用于加号，并且叉号是加号的光瞳中的几何平移。同样，在图3的(c)中，离轴束仅是逐对相干的。

在本实施例中，分别通过方向(例如X方向330X和Y方向330Y)来考虑离轴束。产生所捕获的X方向衍射阶的束对330X仅需要是彼此相干的(使得点对400X是彼此相干的，该情况同样适用于点对405X)。类似地，产生所捕获的Y方向衍射阶的束对330Y仅需要是彼此相干的(使得点对400Y是相互相干的，该情况同样适用于点对405Y)。然而，在点对400X与点对400Y之间不需要存在相干性，在点对405X与点对405Y之间也不需要存在相干性。这样，在与每个所考虑的测量方向相对应的离轴束对中存在相干点对。如前文所述，针对与一测量方向相对应的每一个束对，每一个对相干点对是所有其他相干点对的光瞳内的几何平移。

在以上描述中，束都是空间不相干的。可以使用发光二极管、电灯泡、激光泵浦等离子体源或任何其他合适的非相干的源来获得空间不相干的辐射。在其他实施例中，束可以是伪空间不相干的，例如从诸如激光之类的相干的照射源产生，同时经历一个或更多个过程以模仿空间非相干性。这可以包括制作相干辐射多模和在检测器的积分时间期间对不同实现结果进行平均化。更具体地，在实施例中，利用例如旋转扩散器板和激光器来产生斑点图案(其是空间相干的图案)的许多(例如随机)实现结果。确定这些随机斑点图案实现结果的整体平均，这使干涉效应平均化，并且因此有效地模仿空间非相干性(在检测器的积分时间期间在检测器平面上使干涉平均化)。可替代的伪空间上非相关性途径扫描在不同角度上(其是多个模式)的单模激束；例如使用测角计。

用于对准/定位感测的工作原理

图4说明量测系统的工作原理。图4的(a)说明可以在一些实施例中用作对准标记的目标410。目标410可以与用于基于微衍射的重叠技术(μDBO)中的那些目标相似，但其在形成对准标记时通常仅包括在单个层中。同样，目标410包括四个子目标，包括在第一方向(X方向)上的两个光栅(周期性结构)415a及在第二垂直方向(Y方向)上的两个光栅415b。例如，光栅的节距可以包括100nm的数量级(更具体地，300nm至800nm的范围内)。

图4的(b)示出与光瞳平面P3(参照图2)相对应的光瞳表示。该图示出在仅散射离轴照射束中的单一个离轴照射束之后得到的辐射，更具体地(该表示中的最左侧表示)，离轴照射束420(其将不位于该光瞳中，其在光瞳平面P2中的部位对应于其在照射光瞳中的部位，并且在此处仅为了说明而示出)。阴影区422对应于用于实施例中的具体斑反射镜设计的阻挡(即，反射或吸收)区(白色表示传输区)。该斑反射镜设计仅是确保不检测不期望的光(例如零阶和零阶周围的光)的光瞳区块的示例。能够使用其他斑反射镜分布(或一般是零阶区块)。

如可以看出的，捕获较高衍射阶中的仅一个衍射阶，更具体地，-1X方向衍射阶425。+1X方向衍射阶430、-1Y方向衍射阶435和+1Y方向衍射阶440落入光瞳(由斑反射镜422的范围表示的检测NA)之外并且未被捕获。任何较高阶(未说明)也落入检测NA之外。为了说明而示出零阶445，但其实际上将由斑反射镜或零阶区块422阻挡。

图4的(c)示出由所有四个离轴束420(再次仅为了说明而示出)产生的得到的光瞳(仅所捕获的阶)。所捕获的阶包括-1X方向衍射阶425、+1X方向衍射阶430’、-1Y方向衍射阶435’和+1Y方向衍射阶440’。使这些衍射阶成像于摄像机上，其中，这些衍射阶干涉从而形成条纹图案450，诸如图4的(d)中所示出。在所示出的示例中，在衍射阶对角地布置于光瞳中时，条纹图案是对角的，但具有得到的不同条纹图案定向的其他布置是可能的。

以与可以用于对准感测的其他量测装置相似的方式，目标光栅位置的移位根据方向产生+1衍射阶与-1衍射阶之间的相移。由于衍射阶在摄像机上进行干涉，所以衍射阶之间的相移在摄像机上产生干涉条纹的对应移位。因此，可以根据干涉条纹在摄像机上的位置来确定对准位置。

图5说明可以如何根据干涉条纹来确定对准位置。当目标处于第一位置时，图5的(a)示出一个干涉条纹集合500(即，对应于条纹图案450的一个象限)，并且当目标处于第二位置时，图5的(b)示出干涉条纹集合500’。固定参考线510(即，在两个图像的相同定位中)被示出为突出显示在两个定位之间的条纹图案的移动。可以以已知方式通过将根据图案确定的位置与从固定参考(例如透射图像传感器(TIS)基准)的测量结果获得的位置进行比较来确定对准。单个条纹图案(例如来自单个光栅对准标记)或(例如来自两个光栅对准标记的)根据方向产生的单个图案可以用于进行对准。用于在两个方向上执行对准的另一选项能够使用具有单个2D周期性图案的对准标记。此外，可以利用本文中描述的量测装置来测量非周期性图案。另一个对准标记选项可以包括四光栅目标设计(诸如图4的(a)中说明的)，该目标设计与目前常用于测量重叠的设计类似。这样，诸如这些之类的目标通常已经存在于晶片上，并且因此类似的采样可以用于对准和重叠。这些对准方法是已知的并将不对其做进一步描述。

图6说明所提出的量测装置如何最小化斑点假影。这最好通过考虑图像平面I1、I2、I3、I4来理解，图像平面分别包括：多模光纤315的输出处的图像平面I1、离轴照射产生器325处的图像平面I2、衬底350图像平面I3和摄像机365图像平面I4。可以独立地考虑图像平面中的每一个图像平面中的每一点。首先考虑由多模光纤输出I1(其包括空间不相干的照射600、600’)处的三角形指示的点。在图像平面I2处使该点成像于离轴照射产生器上。然后，使点以两个离轴束610、610’(根据方向)形式成像于衬底上的目标T上，所述离轴束相对于彼此具有固定的相位关系(通过离轴照射产生器来确定)。入射离轴束610、610’实际上是具有一角范围的锥体，该角范围通过光瞳平面中的束的范围来确定。衬底平面I3处的目标T使与由三角形指示的点有关的入射离轴束610衍射，并且施加承载位置信息的入射离轴束之间的相位差。通过比较，由叉号指示的位置对应于衬底平面I3处的非目标部位(即，恰好邻近目标T的边缘)。该区的不完美性(例如光学器件的边缘或光学器件的不完美性)可能导致辐射610’散射到摄像机平面I4处的其他位置(在此处通过散射辐射620指示)，散射到与由三角形指示部位相对应的部位。针对与目标T相对应的每一个位置，+1和-1衍射阶630在摄像机I4上进行干涉，从而将衬底上的局部位置信息变换为摄像机上的局部强度。在此解释中，使用基本上空间不相干的照射的优点是显而易见的。如果使用空间相干的照射，则由不完美性散射的辐射620(即使仅非常小量)可以散射到摄像机平面处的不同部位，然后将与那个部位处的辐射干涉，从而产生斑点(以及随之发生的对准误差)。相反，用于所提出的量测装置中的大多数照射是非相干的，并且因此，散射到摄像机上的不期望的部位的任何散射光620将不产生斑点。同样，每一个照射束的空间非相干性增加这个传感器的准确度及稳健性(相较于完全相干的传感器)。

离轴照射产生器

照射束并且具体地，所述照射束的相干性性质是所提出的量测装置的重要方面。照射产生器的期望的性质将包括：

·在照射光瞳中具有相同照射角度并且因此具有相同部位(以优化较小节距能力，同时避免切换/移动光学元件)的全部波长(500nm至900nm)；

·在匹配路径长度(以确保光瞳点集合之间的相干性)时的低难度；

·对照射的偏振不产生负面效应。

本文中描述的装置中的任一装置的离轴照射产生器(例如图2中的离轴照射产生器325)可以以多种方式实施。在其最简单的实施例中，离轴照射产生器可以包括相位光栅(例如2D相位光栅)。相位光栅衍射效率可以是80％，即，在1阶中40％和在-1阶中40％。该效率将在偏离最优波长时降低，很可能降低至约20％。系统的总光效率将很可能是约5％至20％。

使用单相光栅的优点是单相光栅使得系统能够在不抹去所捕获的图像的情况下使用宽带照射(例如，同时接通100nm带宽)。这是由于图8中描述的效应(参照下文)将不发生在仅使用单相光栅时。假设使用固定照射光栅和固定光瞳光阑，缺点包括：较短波长的照射角度变为相对较小，从而使得分辨较小节距更加困难，并且光瞳光阑必须显著较大以便阻挡整个波长范围内的零阶。较大光瞳光阑限制节距灵活性(如果期望的第一衍射阶在光瞳的那部分中，则其也会被阻挡)。

图7的(a)示出不将不同波长分散至不同的照射角度的改善后的基于光栅的离轴照射产生器737。由照射745对第一光栅740(通常是相位光栅)进行照射。该光栅在光瞳平面中，即，将使光栅成像到显微镜物镜的后焦面上。光栅使照射745衍射成+1衍射阶和-1衍射阶(0阶和更高阶在这里是不相关的，它们可以在具有额外的束光阑的系统中被物理地阻挡或恰好被忽略)。为了简单起见，将照射绘制为单个射线；实际上，(非相干的)照射包括角度和位置范围，其可以被示出为射线范围(具有不同的角度和位置)。以不同角度来衍射不同的波长；为了简单起见，仅示出两个波长λ1和λ2。同样，光栅使辐射衍射成针对第一波长的+1衍射阶750_+λ1、针对第二波长的+1衍射阶750_+λ2、针对第一波长的-1衍射阶750_-λ1和针对第一波长的-1衍射阶750_-λ2。第一光学部件(例如透镜)755有效地傅立叶变换所述衍射照射750_+λ1、750_+λ2、750_-λ1、750_-λ2。楔760a、760b放置于傅立叶平面中。一个楔760a使+1衍射阶750_+λ1、750_+λ2在第一方向上倾斜。另一楔760b使-1衍射阶750_-λ1、750_-λ2在第二(例如围绕光轴O对称)方向上倾斜。由于楔760a、760b在物镜光瞳(后焦面)的傅立叶平面中，因此由楔760a、760b诱发的倾斜确定光瞳平面中的束的位置(由于傅立叶关系)。第二光学部件(例如透镜)765将束变换回光瞳平面。束现在在空间上分离。第二光栅770(例如相位光栅)放置于这个平面中以将阶衍射回零阶。这确保具有不同波长的相同衍射阶(例如750_+λ1和750_+λ2；750_-λ1和750_-λ2)不仅在空间上叠置，而且具有相同的入射角度。如果透镜755、765具有相等焦距，则第一光栅740和第二光栅770应具有相等的节距。最后，可以提供两个以上的透镜775和空间滤波器780以移除较高阶中的泄漏光(其没有被衍射至零阶)。

针对两个照射束描述图7的(a)的离轴照射产生器。一般化至四个束的简单方式将是使用2D光栅和四褶楔(4-fold wedge)。可选地，可以将数毫米的玻璃添加到与例如光瞳中的最左侧束和最右侧束相对应的楔形区段，以相对于最顶部束和最底部束诱发路径长度差。在这种情况下，束将是逐对相干的。这可能与在一些实施例中使所有四个束相干相比更优选。

图7的(b)(俯视图)和(c)(侧视图)说明离轴照射产生器700的可替代实施例，其使用分束器705与反射器710部件的组合从输入束720产生四个离轴束715。

图7的(d)示出类似布置的离轴照射产生器725，但一个离轴照射产生器允许通过调整回射器或逆向反射器710’的位置来调整光瞳内的束位置。为了说明而示出中间平台730处和输出735处的光瞳。调谐逆向反射器710’在X方向上的位置，使得光瞳730中的两个束的路径长度相匹配，以确保它们是(逐对)相干的。也可以以垂直于入射束的方向来调谐逆向反射器710、710’的位置，以调谐光瞳730中的两个束的位置。

在光瞳730中，两个束是逐点相干的。配置的底半部(具体地，底部反射器710)将制作翻转复本以获得光瞳735中所示出的左上方束和右下方束。这样，这些左上方束和右下方束也将是逐点相干的。然而，经过底部棱镜710和底部反射镜736的路径通常不匹配，使得仅“对角相对的”束是相干的，而其他束是非相干的。同样，离轴照射产生器725适合于提供逐对相干的照射束。

逆向反射器710、710’原则上可以是在各种角度下包含反射的“角隅(cubecorner)”，或被放置(例如相对于附图的平面成45度角定向以确保两个束在光瞳730的对角在线)的直角棱镜。可以将可选地选用的半波片放置于分束器与棱镜710和710’之间，并且可以将可选地选用的偏振器放置在分束器(例如在部位720处)前面，以便确保偏振是明确定义的并且确保在所有反射表面处仅存在s偏振或仅存在p偏振(以防止偏振混合)。

应当注意，需要将意图相互相干的束的光学路径长度匹配于相干长度内。在一些束中，这很可能需要额外的元件，例如额外的玻璃或可能需要延迟级。

图7的(b)至7的(d)的实施例共享图7的(a)中所示出的实施例的所有波长将具有相同照射角度的优点。

离轴照射产生器的另一替代实施能够使用束成形部件，诸如空间光调制器(SLM)。然而，该布置可能与斑反射镜不兼容，并且因此，斑反射镜将需要被例如分束器和可控光瞳滤波器替换。该布置可以更好地适合于对准之外的量测应用。

多波长测量

期望能够测量多个波长(以及可能地较高衍射阶)，以使得是更加过程稳健的(有助于测量多样性)。这将使得例如诸如最优颜色加权(OCW)之类的技术的使用变得对于光栅不对称性稳健。具体地，任何目标不对称性根据波长产生不同的对准位置。因此，通过测量不同波长的对准位置中的这种差异，可以确定目标的不对称性。在一个实施例中，可以使与多个波长相对应的测量依次成像于同一摄像机上，以获得一些列单独的图像，每个图像与不同波长相对应。可替代地，可以使这些波长中的每一个波长并行地成像于分立的摄像机(或相同摄像机的分立的区)上，其中，使用合适的光学部件(诸如双向色镜)来分离波长。

在另一个实施例中，可以在单个摄像机图像中测量多个波长(和衍射阶)。当与不同波长相对应的照射束位于光瞳中的相同部位处时，摄像机图像上的对应条纹将针对不同波长具有不同定向。这将倾向于针对大多数离轴照射产生器布置的情况(例外情况是单个光栅，对单个光栅而言，照射光栅和目标光栅的波长依赖性倾向于彼此消除)。

图8示出这种图像800的示例，示出第一衍射图案810(黑线)和第二衍射图案820(灰线)，这些图案每个都对应于不同的波长。观测到的条纹图案的周期和角度与照射波长直接相关。通过对这样的图像的适当处理，可以针对单次捕获中的多个波长(和阶)确定对准位置。这些多个位置可以例如用作类OCW算法的输入。

其他量测应用——基于相位的

量测装置具有除对准感测以外的应用。例如，量测装置适合于测量重叠(层对之间的相对对准)。在第一实施例中，描述基于图像的重叠技术。基于图像的重叠与对准非常相似。关键差异是对于对准而言，将相位与固定参考(例如TIS板)进行比较，以建立绝对位置测量。对于基于图像的重叠而言，条件更为宽松，并且参考由在相同快照/测量区中捕获的第二光栅来形成。能够使用两个光栅之间的相对位移来确定重叠。可以在不需要用固定参考进行基准检验的情况下执行该测量。对于与摄像机一起工作的基于图像的重叠传感器而言，在单个图像内同时捕获两个光栅的情况是优选的。然而，这不是必需的，并且可以例如将两个图像拼接在一起。

图9示出(a)用于基于图像的重叠测量的所提出的重叠目标900和(b)在量测目标900之后的得到的图像捕获910。如常规地，目标900包括用于测量X方向上的重叠的象限920X以及用于测量Y方向上的重叠的象限920Y。每一个象限920X、920Y包括两个光栅925a、925b。这两个光栅925a、925b将通常位于不同层中，但用于测量拼接管芯的两个部分的相对对准的拼接类型标记可以在单个层内具有两个光栅。重叠将自身表现为对应于光栅925a的干涉图案930a与对应于光栅925b的干涉图案930b之间的偏移(示出参考线940X、940Y以说明两个方向上的这个偏移)。

针对具有较小节距的光栅优化量测装置的设计。然而，可以使用装置来测量具有较大节距(例如大于1μm)的目标，例如以维持与如当前能够使用的这些目标的兼容性。具有这些较大节距的问题是将捕获高于+1、-1阶的衍射阶，特别地捕获+3和-3衍射阶；这些将与分别使强度图案及其解释变复杂的+1和-1阶相干涉。然而，能够使用傅立叶分析和滤波技术来分辨图像。可替代地，空间滤波器(合于位于照射光瞳和检测光瞳中)可以用于阻挡不期望的较高阶到达摄像机。应该根据目标来优化这些滤波器，以免阻挡来自其他(期望的)节距的衍射。

提出了用于维持与另一类型的当前使用目标的反向兼容性的另一种途径，由此使得能够使用所提出的量测传感器来测量规则的μDBO目标上的重叠。这些基于μDBO的重叠目标通常包括两个光栅，一个光栅与另一光栅重叠，由此产生“不对称光栅”，其中，不对称性的程度依赖于重叠(两个光栅之间的偏移)。(使用当前方法)测量目标包括：检测正衍射阶与负衍射阶之间的强度不平衡性，其依赖于目标不对称性并因此依赖于重叠。

所提出的途径依赖于任何目标不对称性根据波长产生不同对准位置的事实。因此，通过测量不同波长的对准位置的这种差异，可以确定不对称性，可以从该不对称性提取重叠值。使用每个象限具有不同偏差的典型μDBO目标，应该可以使用与已经在μDBO量测中采用的方法类似的方法，将由重叠而导致的不对称性与任何其他不对称性(例如光栅中的一个光栅的光栅不对称性)分开。

其他量测应用——基于强度的

除了在摄像机上包括干涉图案的成像和干涉条纹的位置的基于相位的测量以外，所提出的量测装置还可以用于基于强度的量测。这具有两种主要应用。第一应用将测量和校正作为(诸如所描述的)对准测量的一部分的对准标记的不对称性。第二应用提供用于测量从当前使用的μDBO目标(或μDBF目标)到先前部分中描述的目标的重叠的可替代方法。

为了理解可以如何实现该测量，首先考虑使用本文中描述的量测装置来测量完美对称的目标(例如图4的(a)中所示出的形式的对准标记)。可以示出每一个象限的(例如平均)强度等级相等。现在考虑相同的测量，但位于一个象限(例如X方向象限)具有不对称性的目标上且所有其他象限是对称的。在这种情况下，与不对称目标象限相对应的图像象限将示出条纹图案的相移(其可以解释为不同的对准位置)及降低的条纹对比度/条纹可视性。另外，与X方向目标象限相对应的两个图像象限可以示出强度不平衡性。提出采用这种方法来测量不对称性。

重叠标记在+1阶与-1阶之间强加针对强度及相位两者的不对称性(即，强度不对称性和相位不对称性)。通常，在DBO量测中，仅测量强度的不对称性。本文中描述的量测装置的优点是可以(同时)测量强度不对称性和相位不对称性两者，这是由于相位的不对称性产生条纹图案的移位。这在强度不对称性和相位不对称性彼此互补时是有用的。通过测量两种不对称性，高效地测量波长与叠层厚度的任何组合的重叠变得可能。通过比较，(仅)强度不对称性针对重叠的敏感度是非常依赖于波长的，并且因此仅适用于波长的子集，该子集依赖于叠层。

能够通过分离不同图像中的+1阶与-1阶来测量强度的不对称性，如当前在暗场DBO量测中进行的一样。可替代地，可以从干涉条纹对比度来推断强度不对称性，这是由于强度不对称性与干涉条纹对比度是直接相关的。如果存在强度不对称性，则将不存在完美的相消干涉，从而使得条纹对比度小于1。

在第一实施例中，提出使用选择性照射模式，以使在任何时间处仅捕获单个较高衍射阶(楔还可以用于分离这些阶)。图10的(a)示出仅一个离轴束1000对目标进行照射并因此仅捕获+1X方向阶1010的所提出的第一种照射模式。在图10的(b)中示出得到的图像。在两个X方向象限1020X中存在强度区(在仅存在+1衍射阶时，条纹图案不可见)，其中，可以看见这两个象限之间的明显的强度差(这里以阴影的差异来说明，其中，浅色阴影指示较大强度)。在没有捕获到Y方向衍射阶时，Y方向象限1020Y不可见(基本上为零强度)。图10的(c)示出选择不同的离轴束1020来对目标进行照射以使得仅捕获-1X方向阶1030的所提出的第二种照射模式。在图10的(d)中示出得到的图像。再次，两个X方向象限1020X’示出明显的强度差，而两个Y方向象限1020Y’不可见。将明白的是，能够使用相同的原理以仅捕获单个Y衍射阶，以确定Y象限不对称性。然后，可以以当前在DBO中进行的相同的方式根据相对的+1衍射阶与-1衍射阶之间的差(例如，对于一个或两个对应象限对，象限1020X与1020X’的强度差)来推断重叠。

在第二实施例中，+1和-1衍射阶在诸如图4的(d)及图5中描述的摄像机上干涉并形成干涉条纹图案，并且在单次测量中根据条纹对比度或优选地根据由于重叠而导致的条纹位置(相位不对称性)与条纹对比度(强度不对称性)的组合来推断重叠。本实施例由图10的(e)和图10的(f)示意性地说明。图10的(e)示出从测量不具有不对称性(零重叠)的重叠目标得到的干涉条纹图案1030。图10的(f)示出从测量相同的重叠目标但在该重叠目标中存在不对称性(例如非零重叠)得到的干涉条纹图案1050。可以看出在条纹位置中存在移位(例如相对于位于两个图的相同位置处的固定参考1040)。还可以看出，相对于干涉条纹图案1030，针对干涉条纹图案1050的条纹对比度更低(例如在条纹图案1050中条纹更模糊)。对干涉条纹移位和/或图像对比度的变化两者的测量可以用于测量来自目标的重叠(例如可以假设两者与重叠呈单调变化或线性变化)。

在所有这些不对称性实施例中，故意偏移可以实施于目标中，以便以已知的方式将重叠与其他处理不对称性区分开。例如，通过测量标准μDBO目标(即，其中，每个方向的两个象限每个都具有不同的偏差)，可以以与当前使用的μDBO技术类似的方式，基于所确定的不对称性来测量重叠，同时校正不同于重叠的目标不对称性。

以上途径还可以用于确定和/或校正对准测量中的对准标记不对称性。另外，所提出的量测工具允许该不对称性校正在标记自身(关注区(ROI)选择)内执行。可以指定ROI以应用不同的拟合例程(关于ROI选择的更多信息，参考标题为“Variable Region ofInterest Selection”的章节)。这样，可以校正标记自身内的变形。

此外，将明白的是，由于该方法包括测量目标不对称性，所以能够使用它来测量基于其他目标不对称性的参数，诸如经由设计成具有依赖于聚焦或剂量的不对称性的目标(例如DBF目标或μDBF目标)来测量聚焦或剂量。

返回参考图10的(a)，能够明白的是(对于图7的(d)的至少基于棱镜的离轴照射产生器)，+1X方向阶被限制为沿着箭头1025移动(作为节距和波长的函数)。因此，所述+1X方向阶将被限制为沿着光瞳的顶部的两个象限移动。类似地，-1X方向阶被限制为沿着箭头1025’移动(作为节距和波长的函数)，并且因此被限制为沿着光瞳的底部的两个象限移动。对于基于相位光栅的离轴照射产生器，阶将在指示方向上(沿着箭头1025或1025’)移动(作为光栅节距的函数)，并且改变波长将使衍射阶朝向或远离光瞳的中心移动。这样，对于基于相位光栅的离轴照射产生器，(作为波长的函数)移动仅限制于一个象限(但仍然有作为节距的函数的两个象限)。

图10的(g)示出相对于具有X方向阶和Y方向阶的2D标记(例如μDBO标记或类似的标记)的情况。-1X方向阶被限制为沿着箭头1060a的部位，+1X方向阶被限制为沿着箭头1060b的部位。+1Y方向阶被限制为沿着箭头1060c的部位(仅左侧象限)，-1Y方向阶被限制为沿着箭头1060d的部位(仅右侧象限)。因此，对于给定的节距和波长，每一个象限仅存在单个X阶或Y阶(假设在X方向光栅与Y方向光栅中节距相同)。

在一个实施例中，能够通过将四个光楔放置于光瞳平面(如图2中所示出的平面P3)处来采用这种方案。例如，在US2011/0102753和US2012/0206703中描述了用于在散射量测术中同时使多个阶成像的光楔的概念，这两个专利以引用的方式并入本文中。由楔将在两个方向上的+1阶和-1阶衍射束引导到摄像机的不同部分，在摄像机中使其成像。其优点是与使用四分之一照射孔径相比，浪费(阻挡)较少的光，从而改善信号。

图10的(h)示意性地说明包括每一个象限的子图像的得到的图像。依赖于节距/照射组合，所有子图像1070a至1070d将由第一所列衍射阶组成或由第二所列衍射阶组成。在这个具体示例中，对于第一节距/照射组合，第一子图像1070a由+1Y方向阶形成，第二子图像1070b由+1X方向阶形成，第三子图像1070c由-1Y方向阶形成，并且第四子图像1070d由-1X方向阶形成。对于第二节距/照射组合(例如小得多的节距)，第一子图像1070a由+1X方向阶形成，第二子图像1070b由+1Y方向阶形成，第三子图像1070c由-1X方向阶形成，并且第四子图像1070d由-1Y方向阶形成。可以将ROI选择应用于这个图像(参照下文)以获得针对每一个阶的测量值。

此外，由于每一个子图像仅包含+1阶或-1阶，所以可以产生可以用于校正标记不对称性的强度通道。这可以包括对与每一个所捕获的衍射阶有关的强度通道的分立的监测。+1阶与-1阶之间的强度差可以用作(标记)不对称性的指纹。基于该指纹，可以确定减轻该不对称性的对准位置的校正。在先前的基于光电二极管的对准传感器中，不能确定检测到的辐射是否来源于标记或来源于其他方面，并且因此斑必须使标记填充不足。利用如本文中描述的基于摄像机的量测装置，可以区分已发出辐射的位置，并且因此使标记填充过量和使标记填充不足都是可能的。

在另一个实施例中，四个光楔由光栅替换。可以优化这些光栅以仅将所有零阶衍射束和所有一阶衍射束引导到摄像机上。在这种布置的情况下，从所有零阶束产生额外的子图像(第五子图像)。这些零阶束可以干涉以在摄像机上形成干涉条纹图案，这能够使用已描述的方法进行解释。例如，该第五子图像可以在图像平面中居中定位(例如相对于图10的(g)中的子图像1070a至1070d居中)。因此，该方法允许同时检测摄像机上的干涉条纹图案和对应的一阶衍射图案。这使得能够同时检测相位和强度。可以主动地监测任何源诱发的量测误差，并且可以将其与所测得的数据有效地解耦。因此，可以提高量测系统的准确度。

可变关注区选择

较小目标(诸如所提出的量测装置被设计成用于测量的那些目标)通常在其形成期间经历变形(例如由于处理而导致的变形)。这些变形可能导致例如随机边缘效应、标记上的楔形化、局部光栅不对称性变化、局部厚度变化和/或(局部)表面粗糙度。当对变形标记执行衬底对准时，对整个标记或对固定关注区的平均化将通常导致对准误差。

因此，提出使用可变关注区(ROI)选择和可变像素加权来增强准确度/稳健性。作为基于整个(例如μDBO)标记图像或基于固定关注区(诸如在每一个象限或整个目标的中心区上；即，排除边缘区)确定对准位置的替代，提出在每个目标的基础上优化ROI。例如，可以根据象限来执行优化。优化可以确定任何任意形状的一个ROI或更多个ROI。图11示出该任意形状的ROI 1100的示例，仅用作示例。

作为另一选项，还提出确定ROI的优化加权组合，其中，权重根据一个或更多个品质指标或关键性能指标(KPI)来分配。

同样，提出在逐目标的基础上基于一个或更多个KPI来选择优化区域(ROI)或加权像素组合，其中，示例KPI可以包括以下各项中的一项或更多项：

·图像的局部均一性；

·从图像确定的(局部)对准位置的局部均一性；

·最小局部颜色与颜色图像变化；

·最小局部颜色与颜色对准位置变化；

·阶之间的最小局部移位(仅针对＞1μm的节距)；

·-最大局部条纹对比度；

·作为所选择的ROI的函数的所测量的或所建模的对准/重叠(或装置性能)；

·根据经验找到产生改善的对准、重叠或其他指标的任何其他KPI。

多目标成像

如已经论述的，所提出的量测装置可以用作对准传感器以在光刻图案化过程期间测量衬底的位置。通常，扫描仪可以仅相对于单个所选择的层对准。然后，假设(或从例如先前的重叠测量已知)相对于其他层的对准也是可接受的。然而，如果层(例如层N)能够相对于一些或所有相关的先前层直接对准，则对准将更为直接。因此，提出使用本文中描述的量测装置在单次图像捕获中在不同层中的多个标记上对准。例如，层N可能需要(最关键地)在X方向上相对于层N-1对准并且同时在Y方向上相对于层N-2对准。甚至可以是层N需要在每一个方向上相对于多个层对准的情况。例如，层N可能需要在X方向上相对于层N-1和N-3对准并且在Y方向上相对于层N-2和N-4对准。这可能产生相当复杂的对准树。

图12示出四个对准标记的示例图像，每一个对准标记通常位于不同层中。在单个图像的视场内同时捕获四个标记。对四个标记的响应可以由关注区(ROI)选择来分离，使得能够分别分析每一个标记。例如，能够分别针对每一个标记(并因此针对每一层)确定对准位置。然后，能够根据这些多个对准位置来确定最优曝光位置。用于确定最优曝光位置的示例性策略可以包括：采用平均对准位置(对相关层进行平均)。如果相对于某一层的对准与相对于另一层的对准相比更加关键，则可以采用加权平均值，其中，向更加关键的层分配较大权重。

虽然就对准而言描述了多次成像概念，但是它也适用于其他量测术，诸如确定与不同层对有关的多个重叠值。然后，重叠校正可以同时针对多对层而被优化。

偏振分辨成像

图13示出本文中描述的量测装置1300的实施例，它能够操作以获得偏振分辨图像。将不再描述与图2的装置共有的部件，并且为了简单起见已经从附图中移除一些光学部件。已知获得偏振分辨后的信号(用于重叠与对准两者)的能力允许更加过程稳健的测量。在本实施例中，假设照射源1310与已知的偏振状态(SoP)是空间不相干的。此SoP可以是例如圆形、对角线或(最可能是)非偏振的。以所描述的方式(例如根据方向)产生两个相干的离轴束1330并且进入(例如高NA)物镜345。辐射聚焦于衬底350上的目标上，并且仅由物镜收集+1衍射阶1355+及-1衍射阶1355-(根据方向)。使衍射阶1355+、1355-入射于沃拉斯顿(Wollaston)棱镜1385(或任何其他合适的偏振分离器元件，诸如线栅偏振器)上，该棱镜分离正交S和P SoP分量中的光，其中，角位移由普通轴与异常轴之间的间距角度给定。然后，由成像透镜1360聚焦束，使得两个图像能够由摄像机365捕获，这两个图像分别是关于目标的散射照射后的S和P分量。

泵浦探针照射

在实施例中，所提出的量测装置的实施例可以实施泵浦探针(声学)照射模式。该模式可以是有用的，例如，在该模式下，对准标记或其他量测目标位于光学上非常不透明的层(例如甚至对红外线也不透明)下方。泵浦探针测量也可以在不具有(非常)不透明的层的情况下对应用有用，这是由于其使得能够分辨较小的光栅节距，这就准确度和处理而言是有益的。此外，泵浦探针测量对变量(诸如例如层厚度变化、光栅不对称性、基础的结构等)的敏感度相较于标准光学测量方法的敏感度非常不同。这能够实现增加的测量准确度。

在泵浦探针照射方法中，由一个或一系列泵浦脉冲对对准标记进行照射，随后由一个或一系列探针脉冲对其进行照射。泵浦脉冲首先将激发声学冲击波(例如具有10nm至100nm的典型声学波长)。所激发的声学平面波将：1)传播到衬底叠层中；和2)由内埋式标记光栅反射；以及3)传播回不透明层和/或抗蚀剂层或覆盖标记的层的表面，从而产生可测量的周期性表面变形图案和/或折射率变化(例如有效声学光栅)。能够使用经由“探针”脉冲或测量脉冲描述的技术中的任一技术来测量周期性表面变形和/或折射率变化图案。

图14示意性地说明四个连续时间点处的这种照射方法。图14的(a)示出入射于包括不透明层1410和内埋式标记(光栅)1415的叠层1405上的泵浦脉冲1400。泵浦脉冲1400产生声波1420。图14的(b)示出在声波传播穿过叠层的稍后时间处的声波1420’。从内埋式标记1415反射声波，其中，通过内埋式光栅对反射声波1420”进行成形(图14的(c))。最后，图14的(d)示出表面处的反射声波1420”’，其表现为折射率具有周期性变化的浅表面变形。周期性表面变形图案基本上像用于入射探针脉冲1425的光栅那样起作用。然后，探针脉冲1425将与由反射声波1415”’产生的变形图案相互作用，并且衍射探针脉冲1430将由摄像机捕获和成像。摄像机图像将示出如图5中说明的类似的干涉图案，并且因此可以执行与已经描述相同的图像分析以评估衬底对准。

在图14的(a)中，说明对内埋式标记1415进行均一地照射的同轴泵浦脉冲1400。离轴探针束1425如图2中说明及先前描述的那样被配置。可以以这种方式分辨的最小光栅节距比常规(同轴)传感器小两倍。为了理解该节距缩减是可能的原因，将明白的是，将产生摩尔图案：探针脉冲在衬底上形成光栅图案。该光栅与由脉冲产生的声学光栅相互作用。能够分辨频率混合并因此分辨(2倍)较小的节距。

图14的(e)说明使用离轴泵浦束的另一个实施例。作为如上文所提及的实施例中描述的对对准标记1435进行均一地照射的替代，离轴泵浦束在衬底的顶面上产生2D光栅图案。在这种布置中，仅在泵浦束相长地被干涉的部位处激发声波。所激发的2D声学平面波经由衬底叠层传播并由内埋式对准标记1435(例如μDBO光栅)反射。所有反射声波的波前由光栅成形且形成表面变形图案1440。在与该表面变形图案1440(基本上为2D光栅图案)相互作用之后，衍射离轴探针束1440将在摄像机处彼此干涉。然后，将捕获干涉图案，并且对其进行分析以评估衬底对准。可以看出，节距表面变形图案1440是内埋式对准标记1435的节距的两倍大。这是由于泵浦利用光栅图案激发声波。声学光栅与内埋式对准光栅相互作用。频率混合及在表面处呈现的声学光栅具有例如比内埋式光栅大2倍的节距。该效应与由探针脉冲与声学光栅的相互作用引起的先前描述的摩尔效应组合，从而产生如下可能性：相较于标准技术，分辨小4倍的节距。这假定线性声学。如果声学激发和/或传播和/或检测是相当非线性的，则理论上，能够分辨无限小的节距(例如产品节距)。

虽然所有示例描述整数节距比率(例如2倍和4倍)，但是该方法同样适用于非整数比率；即，其中光栅节距和照射节距相对于彼此是不可通约的。

在实施例中，优化泵浦脉冲和/或探针脉冲的一个或更多个性质以增强非线性声学产生和/或传播和/或检测效果。这可以在对非常小的(通常不可分辨)目标节距进行测量时改善信号强度。

强度平衡优化的可调谐不对称性

使用本文中描述的量测装置的对准位置值或重叠值对目标(例如衍射光栅)的不对称性(诸如过程不对称性)是敏感的。通常，可以通过诸如以下等方法来估计该目标不对称性：多色比较；或(例如经由角分辨率量测)对+1衍射阶与-1衍射阶之间的强度不平衡性的测量。然而，如果传感器将额外的不对称性强加于测量中，则这些方法的性能受损害：传感器不对称性与光栅不对称性之间的交叉项难以分辨。

为了解决该问题，提出实现对照射的不对称性的调谐的不对称性调谐布置。针对本文中描述的量测工具中的任一量测工具而提出这种布置，并且更具体地，针对离轴照射产生器包括至少一个相位光栅的量测工具而提出这种布置。能够使用双光栅离轴照射产生器来实施不对称性调谐布置，该双光栅离轴照射产生器还包括能够相对于第一光栅移动的第二光栅。这能够通过以下步骤来实现：使第一光栅是可移动的、使第二光栅是可移动的或使第一光栅与第二光栅两者是可移动的。

基本操作原理示出于图15的(a)中。具有第一相位深度

及第一特征宽度或线宽w₁的第一光栅G1产生如已描述的衍射阶(例如离轴照射束)。具有第二相位深度

及第二特征宽度或线宽w₂的第二光栅G2紧邻第一光栅G1放置。在该内容背景中，“紧邻”应当理解为足够接近以使基尔霍夫掩模是近似有效的，使得由紧邻的两个光栅形成的两相掩模的总和是各个相位深度的总和。

使第二光栅G2相对于第一光栅G1的位置移位产生总相位分布

的不对称性。在图15的(a)中，顶部曲线图示出第一光栅G1及第二光栅被对称地对准，使得总相位分布

是对称的，并且第二曲线图示出使第二光栅G2相对于第一光栅G1移位使得总相位分布

不对称的结果。

不对称性的量可以经由第二光栅G2的相对相位深度和线宽w₂而由设计控制；以及由对第二光栅G2相对于第一光栅G1的偏移的调整控制。可以(例如就相位深度及线宽而言)优化第二光栅G2的设计以提供期望的范围的强度不平衡性，同时提供较大的位置调整范围。为了使控制敏感度较大(对于较大实体移动的不对称性的较小变化)，光栅G2的相位深度可以被选择为尽可能最小的，以允许足够的范围。为了经由光栅G2的移位来实现不对称性，光栅G2可以设置有以下两个性质中的至少一个性质：

·光栅具有不同的线宽(例如w₂小于w₁)；和/或

·光栅具有不同的相位深度(例如

小于

)。

能够使用不对称性调谐布置来校正传感器的强度不对称性，所述强度不对称性由于以下中的一个或两个而产生：1)由于光栅不对称性产生的强度不对称性；或者2)由于光学器件引起的强度不对称性(传感器不对称性)。

可以利用传感器中的致动器来实施不对称性调谐布置，以实现对强度平衡的周期性调谐，从而补偿传感器的漂移和/或具体使用。

在次级优化中，第一光栅G1的相位深度

及第二光栅G2的相位深度

可以被选择为：使得衍射效率在存在第二光栅G2且不存在第二光栅的情况下是相同的，但位于衍射效率e_d与相位深度

的摇摆曲线的峰值P的相反侧上。该曲线示出于图15的(b)中。这能够通过从最优相位深度去谐第一光栅G1的绝对相位来实施，使得光栅G2的额外的相位深度位于摇摆曲线峰值的相反侧上。这使组合光栅的“重心”移位的影响最小化，由此使衍射阶的相对相移最小化。该次级优化的不利方面是它可能仅针对单个波长优化，这限制了它的有用性。

作为通过使一个光栅(例如第二光栅G2)相对于另一光栅(例如第一光栅G1)的位置移位来产生照射的可调谐不对称性的替代，也可以通过使两个光栅一起相对于照射束移位来获得对照射的不对称性的调谐。根据实施例，具有第一相位深度

和第一特征宽度或线宽w₁的第一光栅G1产生如已描述的衍射阶(例如离轴照射束)。具有第二相位深度

和第二特征宽度或线宽w₂的第二光栅G2放置于第一光栅G1顶部且紧邻所述第一光栅放置。第二光栅G2可以直接印制于第一光栅G1顶部。可替代地，两个光栅(G1和G2)可以形成于两个分立的光学元件(例如薄玻璃)上。然后，这两个光学元件随后接合在一起，使得第二光栅安置于第一光栅顶部且紧邻第一光栅安置。

在两种情况下，两个光栅位于两个平行平面中，两个平行平面垂直于入射照射束并相对于彼此固定在适当的位置(即，不允许相对移动)。第二光栅G2的周期被选择为接近于第一光栅G1的周期但与该周期略微不同。这样，能够通过在两个光栅之间引入不同的横向偏移和/或角偏移来产生不同的摩尔图案。在光栅平面中引入横向偏移和角偏移两者，并且在两个光栅结构(例如光栅线)集合之间评估横向偏移和角偏移。横向偏移的意思是：在使两个光栅结构集合仍保持彼此平行的同时改变两个光栅结构集合之间的间距。相反，角偏移的意思是：一个光栅相对于另一光栅旋转，使得角度形成于两个光栅结构集合之间。

依赖于入射照射束的参数(例如照射束的尺寸)，能够通过在两个光栅之间引入适当量的偏移来选择合适的摩尔图案。当使两个光栅相对于入射照射束一起移动时，照射束看到摩尔图案的不同部分，并且因此产生不同量的照射不对称性。由于光栅结构及其相对偏移为预定的，所以能够使用由两个光栅形成的摩尔图案来产生不对称性映射，可以利用该不对称性映射实现对照射的不对称性的自动调谐。应当注意的是，应该避免照射束经历显著不对称性变化的不对称性映射的区域。

在另一个实施例中，能够通过将可变衰减器定位于照射束对(例如根据方向)中的每一对中的一个束的路径(例如在光瞳中)中来实施不对称性调谐布置。

增加的功能性硬件实施例

图16包括本文中描述的量测装置1600的另一个实施例，该量测装置具有由图2所说明的量测装置300内的多个额外的特征。能够分别实施额外的部件和特征中的每一个。将不再描述与图2的装置共有的部件。量测装置1600包括非相干的照射源310的输出处的照射调谐部件1607。照射调谐部件1607实现对照射波长或光谱的调谐，使得能够选择照射的波长特性(例如中心波长、带宽和/或波长组合)(例如被选择为针对具体目标是最过程稳健的)。同样，例如，照射调谐部件1607可以包括声光可调谐滤波器(AOTF)。可以将所有波长投影于一个摄像机1665或多个波长分辨的摄像机(未示出)上。还可以提供可调谐电源部件1617以实现对输入照射的调谐。

在光学模块1605内，提供偏振部件1622、1627。偏振部件1622、1627包括例如用于调谐输入束的偏振(例如调谐成线性、圆形或非相干的)的可调谐偏振器1622和(例如交叉)偏振检测器1627。已知照射偏振、目标和检测偏振的组合可能影响检测到的标记位置。因此，这些部件1622、1627实现这些偏振参数的变化以改善过程稳健性。

光瞳照射模式部件1632限定并且配置用于测量的照射光瞳。这可以包括接通或关闭离轴照射束中的任一束的能力。已经在标题为“其他量测应用——基于强度的”的章节中描述了该功能性的一个应用。另外，例如，针对具有较大节距的X方向目标，可能期望来自一个角度的照射，使得得到的干涉图案仅包括1阶和3阶的干涉。这可以使得更易于分析干涉图案且减小像差。可替代地，仅具有在任一时间处接通的共轭照射对也可以是有益的。光瞳照射模式部件1632也可以被配置为阻挡照射光瞳中的不想要的散射阶。还可以例如使用光瞳检测模式部件1652在检测光瞳中(可替代地或组合地)提供等效的功能性。

可替代地或另外，光瞳照射模式部件1632可以被配置为改变非共轭离轴照射束之间的相干性。例如，为了测量X定向的象限，仅需要对应的X衍射阶。等效情况对于Y定向的象限也是适用的。如果X衍射阶和Y衍射阶也干涉，则图像处理变得更复杂。能够通过例如以下步骤来避免该干涉：1)相对于与Y衍射阶相对应的离轴照射束，将不同波前强加于与X衍射阶相对应的离轴照射束上；或者2)提供路径长度延迟，该路径长度延迟相对于与Y衍射阶相对应的离轴照射束长于与X衍射阶相对应的离轴照射束之间的相干长度。

衬底照射模式部件可以实施为离轴照射产生器1630的一部分或分别实施。衬底照射模式部件限定和配置衬底处的照射模式。具体地，所述衬底照射模式部件在衬底上提供可调谐照射斑大小。这样的可调谐照射斑大小的一个应用将更好地实施光瞳量测模式，这是由于这样的模式可以受益于具有使目标填充不足的照射斑(以避免叠置的光瞳坐标中的不想要的散射)。这样，量测装置1600还包括光瞳成像支路1642以及对应的光瞳摄像机1647。

在实施例中，可以产生照射模式，使得例如晶片上的X光栅区段仅由例如光瞳中的最左侧束及最右侧束进行照射，并且使得晶片上的Y光栅区段仅由例如光瞳中的仅最顶部照射束和最底部照射束进行照射。这种布置就样本加热/损坏而言可以具有优点。

量测装置的校准能够通过使参考目标1657(诸如计算机产生的全息图GCH或图案)成像来执行。应当谨慎地设计该目标，因此所述目标寻址相关的泽尼克多项式，并且将足够的信息投影于摄像机1665上。分析对应的干涉图案，使得基于所测量的图案与所预期的图案之间的比较来导出光学器件的像差分布。应该设计参考目标1657设计，其寻址与像差相对应的相关光瞳坐标，并且将这些相关光瞳坐标映射到摄像机1665上。对应的干涉图案将经历图像分析协议以从图像获得对应的像差映射。据设想，如果存在可用的多个波长，则该方法将更好地起作用。用于自定义目标的可替代提议将包括：使用映射到具体泽尼克多项式的具体目标(例如光栅)。通过在TIS板上提供该目标，可以在执行平台对准的每个时间，校准所有传感器像差。将该像差映射与不同波长的对准位置中的差组合，应存在足够的控制参数以校正目标不完美性。

量测装置还可以包括内部参考结构(即，在量测装置自身内部)，所述内部参考结构在相对较短的时间标度(例如短于测量晶片平台基准与测量晶片上的最终目标之间的时间)下实现对(例如摄像机传感器的)漂移的校准。这样的内部参考结构可以使得辐射尽可能直接地从参考结构行进到摄像机，以便仅测量摄像机漂移(不具有光学像差)。相对于晶片平台基准/计量框架的内部参考结构位置是应该准确地已知的且可靠的(例如，不受漂移影响)。例如，内部参考结构可以以热方式以及以振动方式而与任何热量耗散及振动元件(包括摄像机)隔离。

图17是描述该校准方法的示例的流程图。首先考虑校准阶段1700；在步骤1710处，利用量测装置来测量参考目标(例如CGH)。在步骤1720处，处理原始图像，并且在步骤1730处，确定投影光学器件的像差指纹。测量相位1740从测量目标1750开始。在步骤1760处，在步骤1730处确定的像差指纹用于校正在步骤1750处捕获的图像的像差。在步骤1770处，将不同波长的对准位置进行比较以校正局部过程假影。输出是校正后的对准位置1780。

如先前提及的，量测传感器1600的每一个单独的特征包括可隔离地实施的单独的实施例。同样，所提出的量测装置可以包括如权利要求1所述的量测装置和/或图2的量测装置300，所述量测装置具有以下特征中的任何一项或更多项：

·多个波长功能性；

·可调谐波长/光谱功能性；

·像差校准；

·在目标校正内；

·光瞳量测和/或可调谐斑大小；

·可调谐偏振；

·非共轭照射斑之间的相干性优化及调谐，

·照射模式选择；

·照射和/或检测光瞳中的可调谐滤波器；

·可调谐功率特性；

·偏振分辨成像；

·多目标成像；

·可变关注区选择；

·基于相位的量测；

·基于强度的量测；

·对准量测；

·重叠和/或聚焦量测；

·泵浦探针照射；

·用于不对称性调谐的双光栅离轴照射产生器；

·同时的多个一阶检测；以及

·同时的多个一阶检测及零阶检测

关于本文中描述的量测装置所使用的术语“辐射”和“束”涵盖在任何波长范围(包括红外波长，诸如1000nm至3000nm的波长)内的所有类型的电磁辐射。

虽然以上描述描述了用于光刻设备/扫描仪的校正，但是所确定的校正还可以用于任何过程并且供IC制造过程中的任何集成电路(IC)制造设备(例如蚀刻设备，其对形成于层内的结构的位置和/或尺寸有影响)使用。

关于光刻设备所使用的术语“辐射”和“束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如波长为或约为365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在5nm至20nm的范围内的波长)，以及粒子束，诸如离子束或电子束。

术语“透镜”在内容背景允许的情况下可以指各种类型的光学部件中的任一种或其组合，包括折射型、反射型、磁性型、电磁型及静电型光学部件。

对特定实施例的前述描述将因此充分地揭露本发明的一般性质：在不脱离本发明的一般概念的情况下，其他人能够通过应用技术人员所了解的知识针对各种应用而容易地修改和/或调适这些具体实施例，而无需过度的实验。因此，基于本发明中所呈现的教导和导引，这些调适和修改意图在所披露的实施例的等效物的含义和范围内。应当理解，本文中的词组或术语是出于例如描述而非限制的目的，使得本说明书的术语或词组将由技术人员鉴于教导和导引进行解释。

本发明的广度和范围不应该受上述示例性实施例中的任一示例性实施例限制，而应该仅根据随附的权利要求书及其等同内容来限定。

Claims (62)

1.一种被配置为产生包括多个照射束的测量照射的量测装置，所述照射束中的每一个照射束是空间不相干的或伪空间不相干的并且在所述量测装置的照射光瞳中包括多个光瞳点，其中，所述多个照射束中的每一个照射束中的每一个光瞳点在所述多个照射束中的其他照射束中的至少一个照射束中具有对应的光瞳点，由此限定多个对应的光瞳点集合，并且其中，每个对应的光瞳点集合中的光瞳点相对于彼此是空间相干的。

2.如权利要求1所述的量测装置，其中，每一个光瞳点相对于同一照射束中的所有其他光瞳点基本上是空间不相干的。

3.如权利要求1或2所述的量测装置，其中，至少对于与所考虑的测量方向相对应的所述照射束，每个光瞳点集合是所述照射光瞳内的所有其他光瞳点集合的几何平移。

4.如前述任一项权利要求所述的量测装置，所述量测装置包括离轴照射产生器，所述离轴照射产生器用于从单束非相干辐射产生测量照射的所述多个照射束。

5.如权利要求4所述的量测装置，其中，所述离轴照射产生器包括2D相位光栅或针对每一个测量方向的至少一个相位光栅。

6.如权利要求5所述的量测装置，其中，所述离轴照射产生器包括2D相位光栅或针对每一个测量方向的至少一对相位光栅、至少一对透镜和位于由所述至少一对透镜中的一个透镜限定的傅立叶平面中的至少一对光楔，所述2D相位光栅或所述至少一对相位光栅、所述至少一对透镜和所述至少一对光楔被布置为使得每一个照射束内的不同波长具有共享入射照射角度。

7.如权利要求5或6所述的量测装置，其中，所述离轴照射产生器包括至少一对相位光栅，所述至少一对相位光栅包括具有第一相位轮廓的第一相位光栅和具有第二相位轮廓的第二相位光栅，并且被布置为使得所述第二相位光栅能够相对于所述第一相位光栅移动，以使组合后的相位轮廓包括可调谐的不对称性。

8.如权利要求7所述的量测装置，其中，所述第一光栅与所述第二光栅具有不同的线宽和/或不同的相位深度。

9.如权利要求5所述的量测装置，其中，所述离轴照射产生器包括至少一个可变衰减器，所述至少一个可变衰减器位于所产生的照射束中的至少一个照射束的路径中，使得所产生的照射束的强度被平衡。

10.如权利要求4所述的量测装置，其中，所述离轴照射产生器包括多个分束器和反射器部件，所述多个分束器和反射器部件被布置为从所述单束非相干辐射产生四个相同的照射束，并且所述多个分束器和反射器部件被布置为使得每一个照射束内的不同波长具有共享入射照射角度。

11.如前述任一项权利要求所述的量测装置，其中，每一个照射束位于所述照射光瞳中，使得在由周期性结构散射所述测量照射之后，在所述量测装置的检测光瞳中针对每一个照射束捕获对应的较高衍射阶。

12.如权利要求11所述的量测装置，其中，所述多个照射束针对每个所考虑的测量方向包括一对照射束，并且所捕获的对应的较高衍射阶针对每一个方向包括互补的较高衍射阶。

13.如权利要求12所述的量测装置，其中，针对所有所述多个照射束，每个对应的光瞳点集合中的光瞳点相对于彼此是空间相干的。

14.如权利要求12所述的量测装置，其中，仅对于与所述所考虑的测量方向中的单个方向相对应的每一对照射束，每个对应的光瞳点集合中的光瞳点相对于彼此是空间相干的。

15.如权利要求11或12所述的量测装置，其中，所述量测装置能够在暗场配置中操作，以便不检测零阶散射辐射。

16.如权利要求11至15中任一项所述的量测装置，所述量测装置包括光瞳成像支路，所述光瞳成像支路用于对所述量测装置的所述检测光瞳进行成像。

17.如权利要求16所述的量测装置，所述量测装置包括斑大小调谐器，所述斑大小调谐器用于调谐所述测量照射和/或所述照射束的斑大小。

18.如权利要求11至17中任一项所述的量测装置，所述量测装置包括位于所述照射光瞳和/或检测光瞳中的可调谐滤波器，所述可调谐滤波器用于调谐颜色、偏振、空间分布和角分布中的一项或更多项。

19.如权利要求11至18中任一项所述的量测装置，所述量测装置包括检测器，所述检测器能够操作以对由所述较高衍射阶的干涉产生的干涉图案进行成像。

20.如权利要求19所述的量测装置，所述量测装置能够操作以根据所述干涉图案的位置来确定位置信息。

21.如权利要求20所述的量测装置，所述量测装置能够作为对准传感器进行操作，所述对准传感器用于相对于来自所述干涉图案的所述位置的固定参照物来测量衬底上的周期性结构的位置。

22.如权利要求20或21所述的量测装置，所述量测装置能够作为重叠测量装置进行操作，所述重叠测量装置能够操作以根据两个干涉图案的相对位置来测量重叠，每一个干涉图案对应于不同的周期性结构。

23.如权利要求20至22中任一项所述的量测装置，所述量测装置能够操作以：

测量衬底上的多个周期性结构以获得多个测量结果；以及

基于所述多个位置测量结果在后续处理步骤中优化所述衬底的定位。

24.如权利要求23所述的量测装置，其中，所述周期性结构中的一些或全部周期性结构与用于在所述衬底上形成结构的光刻过程的不同层有关。

25.如权利要求24所述的量测装置，所述量测装置能够操作为使得优化所述衬底的定位包括基于每一层的所确定或所分配的临界状态来确定加权平均值。

26.如权利要求23至25中任一项所述的量测装置，所述量测装置能够操作以通过捕获单个图像中的与所述周期性结构中的每一个结构相对应的干涉图案来测量衬底上的所述多个周期性结构。

27.如权利要求19至26中任一项所述的量测装置，其中，所述测量照射包括多个波长或波长带。

28.如权利要求27所述的量测装置，所述量测装置能够操作以获得与所述多个波长或波长带中的每一个波长或波长带相对应的每一个干涉图案的分立的图像，其中，所述分立的图像在所述检测器的相同区上依次获得；或者，在所述检测器的不同区上或在不同检测器上同时获得每一个图像。

29.如权利要求27所述的量测装置，所述量测装置能够操作以使与所述多个波长或波长带中的每一个波长或波长带相对应的所述干涉图案同时成像于所述检测器的相同区上，并且还能够操作以通过基于每一个干涉图案的不同定向角度分离所述干涉图案来处理所述图像。

30.如权利要求19至29中任一项所述的量测装置，所述量测装置能够操作以针对每一个周期性结构确定所述干涉图案的一个或更多个优化后的关注区。

31.如权利要求30所述的量测装置，其中，基于所述干涉图案的图像的一个或更多个特性，和/或基于作为所述优化后的关注区的函数的测得的或建模的性能参数值，确定所述一个或更多个优化后的关注区。

32.如权利要求30或31所述的量测装置，其中，所述一个或更多个优化后的关注区包括多个关注区，每一个关注区包括基于所述干涉图案的图像的一个或更多个特性、和/或基于作为所述优化后的关注区的函数的测得的或建模的参数值的对应权重。

33.如权利要求19至32中任一项所述的量测装置，其中，所述测量照射包括已知的偏振状态，并且所述量测装置包括偏振分离元件，所述量测装置被布置为使偏振分辨后的干涉图案分别成像。

34.如权利要求19至33中任一项所述的量测装置，所述量测装置能够在不同的照射模式下操作，其中，所述测量照射仅包括多个照射束的子集。

35.如权利要求34所述的量测装置，其中，所述照射模式包括一束模式或单束模式，其中，所述子集仅包括所述照射束中的单个照射束。

36.如权利要求35所述的量测装置，所述量测装置能够操作以基于使用所述单束模式中的一种或更多种单束模式检测到的散射辐射的检测到的强度来确定所述周期性结构的不对称性。

37.如权利要求36所述的量测装置，其中，所述检测到的强度包括使用所述单束模式中的两种单束模式获得的相对的较高衍射阶之间的检测到的强度差，每一种单束模式对应于所述较高衍射阶中的一个衍射阶。

38.如权利要求36或37所述的量测装置，其中，所确定的不对称性用于校正位置测量结果。

39.如权利要求37或38所述的量测装置，其中，所述所确定的不对称性用于确定针对重叠或聚焦的值。

40.如权利要求36至39中任一项所述的量测装置，所述量测装置包括多个光学元件，所述多个光学元件用于单独地引导所述较高阶中的每一个阶，使得所述较高阶在所述检测器的不同区上同时被检测到。

41.如权利要求40的量测装置，其中，所述较高阶针对两个正交方向中的每一个方向包括+1和-1衍射阶中的每一个衍射阶。

42.如权利要求41所述的量测装置，所述量测装置能够操作以：

在所述检测器上分别监测所述衍射阶中的每一个衍射阶的强度通道；

确定在每一个方向上的相对的衍射阶之间的强度差；以及

使用所述强度差来确定对标记不对称性的校正。

43.如权利要求41或42所述的量测装置，其中，所述光学元件包括光栅，所述光栅能够操作以将针对两个正交方向中的每一个方向的+1和-1衍射阶中的每一个衍射阶引导到所述检测器的不同区上，并且将每一个零阶引导到所述检测器上的另一个区上，使得所述零阶能够产生干涉。

44.如权利要求19至43中任一项所述的量测装置，所述量测装置能够操作以基于对所述干涉图案中的干涉条纹对比度的量度来确定所述周期性结构的不对称性。

45.如权利要求19至44中任一项所述的量测装置，所述量测装置能够操作以基于对所述干涉图案中的干涉条纹的位置的量度来确定所述周期性结构的不对称性。

46.如权利要求19至45中任一项所述的量测装置，所述量测装置包括用于使得能够实现所述检测器中的漂移的校准的至少一个检测器参考周期性结构。

47.如前述任一项权利要求所述的量测装置，所述量测装置包括照射调谐部件，所述照射调谐部件为所述测量照射提供可调谐波长和/或光谱功能性。

48.如前述任一项权利要求所述的量测装置，所述量测装置包括用于能够实现所述量测装置内的光学像差的校准的至少一个像差参考周期性结构。

49.如权利要求48所述的量测装置，所述量测装置能够操作以通过以下步骤来执行像差校准：

测量所述参考周期性结构；

根据所述参考周期性结构的测量结果，确定描述所述量测装置内的光学像差的像差指纹；以及

使用所述像差指纹来校正后续测量结果。

50.如前述任一项权利要求所述的量测装置，所述量测装置包括用于调谐所述测量照射的偏振的可调谐偏振器以及位于所述量测装置的检测路径中的对应的偏振检测器。

51.如前述任一项权利要求所述的量测装置，所述量测装置包括光瞳照射模式部件，所述光瞳照射模式部件能够操作以改变所述照射束之间的相干性。

52.如前述任一项权利要求所述的量测装置，所述量测装置包括用于产生所述测量辐射的空间不相干的辐射源。

53.如权利要求52所述的量测装置，其中，所述空间不相干的辐射源包括白炽源、发光二极管源或激光产生等离子体源。

54.如权利要求1至51中任一项所述的量测装置，所述量测装置包括伪空间不相干的辐射源，所述伪空间不相干的辐射源产生模仿空间不相干辐射的辐射。

55.如权利要求54所述的量测装置，其中，所述伪空间不相干的辐射源包括激光源和用于产生多模辐射的多模产生器，所述伪空间不相干的辐射源能够操作以使所述多模辐射的不同实现结果进行平均化以模仿空间不相干的辐射。

56.如权利要求55所述的量测装置，其中，所述多模产生器包括用于产生斑点图案的旋转扩散器。

57.如权利要求55所述的量测装置，其中，所述多模产生器包括测角计，所述测角计用于在不同角度上扫描来自激光器的单模激光束。

58.如前述任一项权利要求所述的量测装置，所述量测装置能够在泵浦探针照射模式下操作以：

在所述测量照射的一个或更多个脉冲之前将一个或更多个泵浦脉冲传输到所述衬底，所述一个或更多个泵浦脉冲能够操作以激发声波，使得所述声波从正被测量的周期性结构反射，从而产生表面变形和/或折射率变化；以及

利用所述测量照射来测量所述表面变形。

59.如权利要求58所述的量测装置，其中，所述泵浦脉冲被沿着所述量测装置的光轴传送。

60.如权利要求58所述的量测装置，其中，所述泵浦脉冲被传送离开所述量测装置的光轴。

61.如权利要求58、59或60所述的量测装置，其中，优化所述泵浦脉冲和/或探针脉冲的一个或更多个性质，以增强非线性声产生、传播和检测效果中的一项或更多项。

62.一种光刻设备，所述光刻设备包括如前述任一项权利要求所述的量测装置。

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