CN114667489A

CN114667489A - 量测方法和光刻设备

Info

Publication number: CN114667489A
Application number: CN202080076752.XA
Authority: CN
Inventors: F·阿尔佩贾尼; H·P·M·佩莱曼斯; S·A·戈登; S·R·惠斯曼
Original assignee: ASML Holding NV
Current assignee: ASML Holding NV
Priority date: 2019-11-01
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2022-06-24
Also published as: US20220397832A1; WO2021083704A1; TW202132926A; KR20220065872A

Abstract

公开了一种量测方法，诸如对准量测。所述方法包括在光瞳平面处获得与由结构测量产生的散射辐射相关的光瞳平面测量数据集。所述方法包括使用所述光瞳平面测量数据集以及与用于执行所述测量的传感器光学器件相关的传感器项来确定测量值或其校正。

Description

量测方法和光刻设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年11月1日提交的EP申请19206747.8和于2020年1月28日提交的EP申请20154007.7和于2020年4月20日提交的EP申请20170482.2的优先权，其通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明涉及可用于例如通过光刻技术制造器件的方法和设备，并且涉及使用光刻技术制造器件的方法。本发明涉及量测装置，更具体地涉及用于测量位置的量测装置，诸如对准传感器和具有这种对准传感器的光刻设备。

背景技术

光刻设备是将期望图案施加到衬底上(通常施加到衬底的目标部分上)的机器。光刻设备可以被用于例如集成电路(IC)的制造中。在该实例中，图案化装置(备选地被称为掩模或掩模版)可以被用于生成要被形成在IC的单个层上的电路图案。该图案可以被转印到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括部分管芯、一个或多个管芯)上。图案的转印通常经由成像到在衬底上提供的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单个衬底将包含被连续图案化的相邻目标部分的网络。这些目标部分一般被称为“场”。

在复杂器件的制造中，通常许多光刻图案化步骤被执行，从而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能够关于在先前层中(通过相同的设备或不同的光刻设备)所铺设的特征正确且准确地放置所施加的图案。出于此目的，衬底被提供有一个或多个对准标记集合。每个标记都是一种结构，其位置可以在稍后时间使用位置传感器(通常是光学位置传感器)进行测量。光刻设备包括标记在衬底上的位置可以被准确地测量的一个或多个对准传感器。不同类型的标记和不同类型的对准传感器是不同制造商和相同制造商的不同产品已知的。

在其他应用中，量测传感器被用于测量衬底上的曝光结构(在抗蚀剂中和/或在蚀刻后)。一种快速且非侵入形式的专用检查工具是散射仪，其中辐射束被引导到衬底表面上的目标上，并且散射或反射束的特性被测量。已知散射仪的示例包括在US2006033921A1和US2010201963A1中描述类型的角分辨散射仪。除了通过重构测量特征形状之外，基于衍射的叠加还可以使用这种设备来测量，如所发布的专利申请US2006066855A1中描述的。使用衍射级的暗场成像的基于衍射的叠加量测可以在较小的目标上进行叠加测量。暗场成像量测的示例可以在国际专利申请WO 2009/078708和WO 2009/106279中找到，这些文献通过引用全部并入本文。该技术的进一步发展已在所发布的专利出版物US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A和WO2013178422A1中描述。这些目标可以小于照射斑点，并且可以被晶片上的产品结构包围。多个光栅可以使用复合光栅目标在一个图像中测量。所有这些申请的内容也通过引用并入本文。

在一些量测应用中，诸如在使用对准传感器的位置量测中，由于光探测到光学系统的不同光学像差，会出现不同衍射级之间的相位差。在这是恒定的(晶片内和晶片之间)的情况下，则它可以被量化和校准。然而，在这种引起的相位差与过程相关和/或与叠层相关的情况下，目前的校准方法是不够的，从而导致对准误差。

期望解决这个问题并且改进对这种传感器像差引起的误差的校正。

发明内容

在第一方面中，本发明提供了一种量测方法，包括：在光瞳平面处获得与由结构测量产生的散射辐射相关的光瞳平面测量数据集；以及使用光瞳平面测量数据集以及传感器项来确定测量值或对测量值的校正，该传感器项与用于执行所述测量的传感器光学器件相关。

还公开了一种计算机程序、量测设备和能够被操作以执行第一方面的方法的光刻设备。

本发明的以上方面和其他方面将通过考虑下述示例来理解。

附图说明

本发明的实施例现在将仅通过示例参照附图描述，其中：

图1描绘了光刻设备；

图2示意性地图示了图1的设备中的测量和曝光过程；

图3是根据实施例可适配的第一对准传感器的示意图；

图4是根据实施例可适配的第二对准传感器的示意图；

图5是也可用于对准并且根据实施例可适配的替代量测装置的示意图；

图6包括(a)输入辐射的光瞳图像；(b)离轴照射束的光瞳图像，图示了图5的量测装置的操作原理；以及(c)离轴照射束的光瞳图像，图示了图5的量测装置的另一操作原理；

图7是描述了根据实施例的方法的流程图；

图8包括根据光瞳地点的光瞳强度图，概念性地图示了不同实施例的强度度量；

图9A图示了用于量测标记的竖直子分段光栅结构的设计，其可以在实施例中使用；

图9B图示了用于量测标记的水平子分段光栅结构的设计，其可以在实施例中使用；以及

图9C图示了用于量测标记的具有子分段光栅结构的恒定节距和不同线宽的子分段光栅结构的示例设计，其可以在实施例中使用。

具体实施方式

在更详细地描述本发明的实施例之前，呈现本发明的实施例可以被实施的示例环境是有益的。

图1示意性地描绘了光刻设备LA。该设备包括：照射系统(照射器)IL，被配置为调节辐射束B(例如UV辐射或DUV辐射)；图案化装置支撑件或支撑结构(例如掩模台)MT，被构造为支撑图案化装置(例如掩模MA并且连接至第一定位器PM，该第一定位器PM被配置为根据某些参数准确地定位图案化装置；两个衬底台(例如晶片台)WTa和WTb，分别被构造为保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W-术语晶片和衬底将始终同义地使用-并且分别连接至第二定位器PW，该第二定位器PW被配置为根据某些参数准确地定位衬底；以及投影系统(例如折射投影透镜系统)PS，被配置为将通过图案化装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)上。参考框架RF连接各种组件，并且用作设置和测量图案化装置和衬底以及它们上的特征的位置的参考。

照射系统可以包括各种类型的光学组件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或其他类型的光学组件或其任何组合，以用于引导、整形或控制辐射。

图案化装置支撑件MT以取决于图案化装置的定向、光刻设备的设计和其他条件(诸如例如图案化装置是否被保持在真空环境中)的方式保持图案化装置。图案化装置支撑件可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术来保持图案化装置。图案化装置支撑件MT可以是框架或台，例如这可以根据需要固定或可移动。图案化装置支撑件可以确保图案化装置位于期望位置处，例如相对于投影系统。

本文使用的术语“图案化装置”应该被广义地解释为指代任何装置，其可以被用于在其横截面中赋予辐射束图案，诸如以在衬底的目标部分中创建图案。应该注意的是，赋予辐射束的图案可能不与衬底的目标部分中的期望图案完全对应，例如如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征。通常，赋予辐射束的图案将与在目标部分中创建的器件(诸如集成电路)中的特定功能层相对应。

如此处描绘的，该设备是透射型的(例如采用透射图案化装置)。备选地，该设备可以是反射型的(例如采用上面引用类型的可编程反射镜阵列，或者采用反射掩模)。图案化装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程LCD面板。本文中对术语“掩模版”或“掩模”的任何使用都可以被认为是与更通用的术语“图案化装置”同义。术语“图案化装置”也可以被解释为指以数字形式存储图案信息以用于控制这种可编程图案化装置的装置。

本文使用的术语“投影系统”应该被广义地解释为涵盖任何类型的投影系统，包括折射、反射、反射折射、磁性、电磁和静电光学系统或其任何组合，如对于所使用的曝光辐射或者诸如使用浸液或使用真空等其他因素来说所适当的。本文中的术语“投影透镜”的任何使用都可以被认为与更通用的术语“投影系统”同义。

光刻设备也可以是其中衬底的至少一部分可以被具有相对较高的折射率的液体(例如水)覆盖的类型，以填充投影系统和衬底之间的空间。浸液也可以被应用于光刻设备中的其他空间，例如掩模与投影系统之间的空间。浸没技术在本领域中是众所周知的，以增大投影系统的数值孔径。

在操作中，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。源和光刻设备可以是单独的实体，例如当源是准分子激光器时。在这种情况下，源未被视为形成光刻设备的一部分，并且借助于包括例如合适的导向反射镜和/或扩束器的束递送系统BD，辐射束是从源SO传递到照射器IL的。在其他情况下，源可以是光刻设备的集成部分，例如当源是汞灯时。源SO和照射器IL以及(如果需要的话)束递送系统BD可以被称为辐射系统。

照射器IL可以例如包括用于调整辐射束的角强度分布的调整器AD、积分器IN和聚光器CO。照射器可以被用于调节辐射束，以在其横截面内具有期望的均匀性和强度分布。

辐射束B被入射到被保持在图案化装置支撑件MT上的图案化装置MA上，并且由图案化装置图案化。在遍历图案化装置(例如掩模)MA之后，辐射束B穿过投影系统PS，该投影系统PS将射束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如干涉装置、线性编码器、2D编码器或电容传感器)，衬底台Wta或WTb可以被准确移动，例如以在辐射束B的路径中定位不同的目标部分C。类似地，例如在从掩模库机械取回之后或者在扫描期间，第一定位器PM和另一位置传感器(未在图1中明确描绘)可以被用于相对于辐射束B的路径准确地定位图案化装置(例如掩模)MA。

图案化装置(例如掩模)MA和衬底W可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准。尽管所图示的衬底对准标记占用了专用目标部分，但它们可以位于目标部分之间的空间中(这些已知为划线对准标记)。类似地，在多于一个管芯被设置在图案化装置(例如掩模)MA上的情况下，掩模对准标记可以位于管芯之间。小的对准标记也可以被包括在管芯内，包括在器件特征中，在这种情况下，期望标记尽可能小并且不需要与相邻特征不同的任何成像或过程条件。检测对准标记的对准系统将在下面进一步描述。

所描绘的设备可以以多种模式使用。在扫描模式下，在赋予辐射束的图案被投影到目标部分C上(即，单次动态曝光)时，图案化装置支撑件(例如掩模台)MT和衬底台WT被同步地扫描。衬底台WT相对于图案化装置支撑件(例如掩模台)MT的速度和方向可以通过投影系统PS的放大率(缩小率)和图像反转特性来确定。在扫描模式下，曝光场的最大大小限制单次动态曝光中目标部分(在非扫描方向上)的宽度，而扫描运动的长度确定目标部分(在扫描方向上)的高度。如本领域公知的，其他类型的光刻设备和操作模式是可能的。例如，步进模式是已知的。在所谓的“无掩模”光刻中，可编程图案化装置保持静止但具有变化的图案，并且衬底台WT被移动或扫描。

上述使用模式的组合和/或变化或者完全不同的使用模式也可以被采用。

光刻设备LA是所谓的双工作台类型，其具有两个衬底台Wta、WTb和两个站–曝光站EXP和测量站MEA–衬底台可以在这两个站之间交换。当一个衬底台上的一个衬底在曝光站处曝光时，另一衬底可以在测量站处装载到其他衬底台上，并且各种准备步骤被执行。这能够显著增加设备的生产量。准备步骤可以包括使用水平传感器LS映射衬底的表面高度轮廓，并且使用对准传感器AS测量衬底上的对准标记的位置。如果位置传感器IF在它位于测量站以及曝光站时无法测量衬底台的位置，则第二位置传感器可以被提供，以使得衬底台的位置能够相对于参考框架RF在两个站处追踪。代替所示的双工作台布置，其他布置是已知的并且是可用的。例如，衬底台和测量台被提供的其他光刻设备是已知的。这些在执行准备测量时对接在一起，然后在衬底台经历曝光时移除。

图2图示了在图1的双工作台设备中曝光衬底W上的目标部分(例如管芯)的步骤。虚线框内的左侧是在测量站MEA执行的步骤，而右侧示出了在曝光站EXP处执行的步骤。有时，衬底台WTa、WTb中的一个衬底将在曝光站处，而另一个在测量站处，如上所述。出于该描述的目的，假设衬底W已经被装载到曝光站中。在步骤200中，新衬底W'通过未示出的机构装载到设备。这两个衬底被并行处理以增加光刻设备的生产量。

最初参照新装载的衬底W'，这可能是先前未处理的衬底，准备有新的光刻胶以在设备中进行首次曝光。然而，通常，所描述的光刻过程将仅是一系列曝光和处理步骤中的一个步骤，因此衬底W'已经多次通过该设备和/或其他光刻设备，并且可能也经历后续过程。特别是针对提高叠加性能的问题，任务是确保新图案被应用在已经经过图案化和处理的一个或多个循环的衬底上的正确位置。这些处理步骤逐渐在衬底中引入必须测量和校正的失真，以实现令人满意的叠加性能。

先前和/或后续的图案化步骤可以在其他光刻设备中执行，正如刚刚提及的，甚至可以在不同类型的光刻设备中执行。例如，器件制造过程中对诸如分辨率和叠加等参数要求非常高的一些层可以在比要求较低的其他层更先进的光刻工具中执行。因此，一些层可能会在浸没型光刻工具中曝光，而其他则在‘干燥’工具中曝光。一些层可能会在以DUV波长工作的工具中曝光，而其他层则使用EUV波长辐射来曝光。

在202中，使用衬底标记P1等和图像传感器(未示出)的对准测量被用于测量和记录衬底相对于衬底台WTa/WTb的对准。另外，衬底W'上的若干对准标记将使用对准传感器AS测量。在一个实施例中，这些测量值被用于建立“晶片网格”，该网格非常准确地映射了标记在衬底上的分布，包括相对于标称矩形网格的任何失真。

在步骤204中，晶片高度(Z)相对于X-Y位置的映射还使用水平传感器LS测量。照惯例，高度映射仅被用于实现曝光图案的准确聚焦。另外，它还可以被用于其他目的。

当衬底W'被装载时，配方数据206被接收到，从而定义要被执行的曝光以及晶片的特性和先前制作和将在其上制作的图案。这些配方数据被添加到在202、204中进行的晶片位置、晶片网格和高度映射的测量值，使得配方和测量数据208的完整集合可以被传递到曝光站EXP。对准数据的测量值例如包括对准目标的X和Y位置，对准目标以与作为光刻过程的产品的产品图案的固定或名义上固定的关系形成。刚在曝光之前获得的这些对准数据被用于生成对准模型，其参数使模型与数据拟合。这些参数和对准模型将在曝光操作期间用于校正在当前光刻步骤中应用的图案的位置。使用的模型在测量位置之间插入位置偏差。常规的对准模型可能包括四个、五个或六个参数，共同定义不同维度的‘理想’网格的平移、旋转和缩放。使用更多参数的先进模型是已知的。

在210中，晶片W'和W被调换，使得测量的衬底W'变成进入曝光站EXP的衬底W。在图1的示例设备中，这种调换通过在设备内交换支撑件WTa和WTb来执行，使得衬底W、W'保持准确地夹持并且定位在这些支撑件上，以保持衬底台和衬底本身之间的相对对准。因此，一旦衬底台已被调换，确定投影系统PS和衬底台WTb(以前为WTa)之间的相对位置是在曝光步骤的控制中利用衬底W(以前为W')的测量信息202、204所必需的。在步骤212中，掩模版对准是使用掩模对准标记M1、M2执行的。在步骤214、216、218中，扫描运动和辐射脉冲被施加在衬底W上的连续目标地点处，以完成多个图案的曝光。

通过在曝光步骤的执行中使用在测量站处获得的对准数据和高度映射，这些图案相对于期望地点准确地对准，特别是相对于先前铺设在同一衬底上的特征。在步骤220中，曝光的衬底(现在标记为W”)从设备中卸载，以根据曝光的图案进行蚀刻或其他过程。

本领域技术人员将知道，以上描述是对真实制造情况的一个示例中涉及的多个非常详细的步骤的简化概述。例如，不是在单程中测量对准，通常会有使用相同或不同标记的粗略和精细测量的单独阶段。粗略和/或精细对准测量步骤可以在高度测量之前或之后执行，或者交错执行。

在复杂器件的制造中，通常许多光刻图案化步骤被执行，从而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能够关于在先前层中(通过相同的设备或不同的光刻设备)铺设的特征正确且准确地放置所施加的图案。出于此目的，衬底被提供有一个或多个标记集合。每个标记都是一种结构，其位置可以在稍后时间使用位置传感器(通常是光学位置传感器)进行测量。位置传感器可以被称为“对准传感器”，并且标记可以被称为“对准标记”。

光刻设备可以包括一个或多个(例如多个)对准传感器，通过该对准传感器，设置在衬底上的对准标记的位置可以被准确地测量。对准(或位置)传感器可以使用光学现象，诸如衍射和干涉，以从在衬底上形成的对准标记获得位置信息。当前光刻设备中使用的对准传感器的示例基于US6961116中描述的自参考干涉仪。例如，如US2015261097A1中公开的，位置传感器的各种增强和修改已经被开发。所有这些出版物的内容均通过引用并入本文。

标记或对准标记可以包括一系列栅条，这些栅条形成在设置在衬底上的层上或中，或者(直接)形成在衬底中。栅条可以被规则地间隔开并且充当光栅线，使得标记可以被认为是具有众所周知的空间周期(节距)的衍射光栅。取决于这些光栅线的定向，标记可以被设计为允许沿着X轴或沿着Y轴(其基本上垂直于X轴定向)的位置的测量。包括相对于X轴和Y轴以+45度和/或-45度布置的栅条的标记允许使用US2009/195768A(其通过引用并入本文)中描述的技术进行组合式X和Y测量。

对准传感器可以用辐射斑点光学地扫描每个标记，以获得诸如正弦波等周期性变化的信号。该信号的相位被分析，以确定标记相对于对准传感器的位置，从而确定衬底相对于对准传感器的位置，对准传感器又相对于光刻设备的参考框架固定。与不同的(粗略的和精细的)标记尺寸有关的所谓粗略和精细标记可以被提供，使得对准传感器可以区分周期性信号的不同循环以及循环内的精确位置(相位)。不同节距的标记也可以被用于此目的。

测量标记的位置还可以提供关于标记被提供的衬底的变形的信息，例如以晶片网格的形式。当衬底被曝光于辐射时，衬底的变形可以通过例如将衬底静电夹持到衬底台和/或加热衬底而发生。

图3是已知对准传感器AS的实施例的示意性框图。辐射源RSO提供一种或多种波长的辐射束RB，该辐射束RB通过将光学器件转向到标记(诸如位于衬底W上的标记AM)上作为照射斑点SP而被转向。在该示例中，转向光学器件包括点镜SM和物镜OL。标记AM被照亮的照射斑点SP的直径可以比标记本身的宽度稍小。

由标记AM衍射的辐射被准直(在该示例中，经由物镜OL)到信息承载束IB中。术语“衍射”旨在包括来自标记的零级衍射(可以被称为反射)。自参考干涉仪SRI(例如上面提及的US6961116中公开的类型)使射束IB与其本身干涉，此后射束由光电检测器PD接收。在多于一个波长由辐射源RSO创建的情况下，附加的光学器件(未示出)可以被包括在内以提供单独的射束。如果需要，则光电检测器可以是单个元件，或者它可以包括若干像素。光电检测器可以包括传感器阵列。

在该示例中包括点镜SM的转向光学器件还可以用于阻挡从标记反射的零级辐射，使得信息承载束IB仅包括来自标记AM的更高级衍射辐射(这对测量不是必不可少的，但提高了信噪比)。

强度信号SI被供应给处理单元PU。通过块SRI中的光学处理和单元PU中的计算处理的组合，衬底上相对于参考框架的X和Y位置的值被输出。

所图示类型的单个测量仅将标记的位置固定在与标记的一个节距相对应的特定范围内。粗测技术与这种测量结合使用，以标识正弦波的哪个周期是包含所标记位置的周期。相同的过程在不同的波长下以更粗略和/或更精细的级别重复，以便提高准确性和/或稳健地检测标记，而不考虑标记被制成的材料以及标记被提供的位置上和/或下方的材料。

图4图示了另一已知对准设备400的截面图的示意图。在该实施例的示例中，对准设备400可以被配置为将衬底(例如衬底W)相对于图案化装置(例如图案化装置MA)对准。对准设备400还可以被配置为检测衬底上的对准标记的位置，并且使用检测到的对准标记的位置来将衬底相对于光刻设备100或100'的图案化装置或其他组件对准。衬底的这种对准可以确保一个或多个图案在衬底上的准确曝光。

根据实施例，根据该实施例的示例，对准设备400可以包括照射系统402、分束器414、干涉仪426、检测器428和信号分析器430。照射系统402可以被配置为提供具有一个或多个通带的电磁窄带辐射束404。在示例中，一个或多个通带可以在约400nm至约2.0μm之间的波长光谱内。在另一示例中，一个或多个通带可以是在约400nm至约2.0μm之间的波长光谱内的离散窄通带。

分束器414可以被配置为接收辐射束404并且将辐射子束415引导到放置在工作台422上的衬底420上。在一个示例中，工作台422可以沿着方向424移动。辐射子束415可以被配置以照亮位于衬底420上的对准标记或目标418。在该实施例的示例中，对准标记或目标418可以被涂覆有辐射敏感膜。在另一示例中，对准标记或目标418可以具有一百八十度(即，180°)对称性。即，当对准标记或目标418围绕垂直于对准标记或目标418的平面的对称轴旋转180°时，旋转的对准标记或目标418可以与未旋转的对准标记或目标418基本相同。衬底420上的目标418可以是(a)包括由实心抗蚀剂线形成的栅条的抗蚀剂层光栅，或(b)产品层光栅，或(c)包括叠加或交错在产品层光栅上的抗蚀剂光栅的叠加目标结构中的复合光栅叠层。备选地，栅条可以被蚀刻到衬底中。

根据实施例，分束器414可以进一步被配置为接收衍射辐射束419并且将衍射辐射子束429导向干涉仪426。

在示例实施例中，衍射辐射子束429可以是辐射子束415的至少一部分，其可以从对准标记或目标418反射。在该实施例的示例中，干涉仪426包括任何适当的光学元件集合，例如棱镜的组合，其可以被配置为基于接收到的衍射辐射子束429形成对准标记或目标418的两个图像。干涉仪426可以进一步被配置为相对于两个图像中的另一个旋转两个图像中的一个180°并且以干涉方式重组旋转和未旋转的图像。在一些实施例中，干涉仪426可以是自参考干涉仪(SRI)，其在美国专利号6,628,406(Kreuzer)中公开并且通过引用全部并入本文。

在实施例中，当对准设备400的对准轴421穿过对准标记或目标418的对称中心(未示出)时，检测器428可以被配置为经由干涉仪信号427接收重组图像，并且检测作为重组图像的结果的干涉。根据示例实施例，这种干涉可能是由于对准标记或目标418是180°对称的，并且重组图像相长地或相消地干涉。基于检测到的干涉，检测器428可以进一步被配置为确定对准标记或目标418的对称中心的位置，并因此检测衬底420的位置。根据示例，对准轴421可以与射束对准，该射束垂直于衬底420并且穿过图像旋转干涉仪426的中心。检测器428可以进一步被配置为通过实施传感器特性并且与晶片标记过程变化相互作用来估计对准标记或目标418的位置。

具有对准和产品/过程监测量测应用的另一具体类型的量测传感器最近在欧洲申请EP18195488.4和EP19150245.9中描述，其通过引用并入本文。这描述了一种具有优化相干性的量测装置。更具体地，量测装置被配置为产生多个空间不相干测量照射束，所述射束(或所述射束的测量对的两个射束，每个测量对对应于一个测量方向)中的每个射束在它们的横截面内具有对应区域-这些区域处的射束之间的相位关系是已知的；即，对应区域存在相互空间相干性。

这种量测装置能够测量具有可接受的(最小)干涉伪影(散斑)的小节距目标，并且还可以在暗场模式下操作。这种量测装置可以被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)的位置或对准传感器。然而，该量测装置也可用于测量叠加(例如测量不同层中的周期性结构的相对位置，甚或在缝合标记的情况下，测量同一层)。量测装置还能够测量周期性结构中的不对称性，因此可以被用于测量基于目标不对称性测量的任何参数(例如使用基于衍射的叠加(DBO)技术的叠加或使用基于衍射的聚焦(DBF)技术的聚焦)。

图5示出了这种量测装置的可能实施方式。量测装置本质上作为具有新型照射模式的标准显微镜操作。量测装置500包括光学模块505，该光学模块505包括该装置的主要组件。照射源510(其可以位于模块505外部并且通过多模光纤515与其光学耦合)向光学模块505提供空间不相干辐射束520。光学组件517将空间不相干辐射束520递送到相干离轴照射生成器525。该组件对于本文的概念特别重要，并且将被更详细地描述。相干离轴照射生成器525从空间不相干辐射束520生成多个(例如四个)离轴束530。这些离轴束530的特性将在下面进一步详细描述。照射生成器的零级可以被照射零级块元件575阻挡。该零级将仅针对本文中描述的一些相干离轴照射生成器示例(例如基于相位光栅的照射生成器)存在，因此当这种零级照射未被生成时可以省略。离轴束530(经由光学组件535和)点镜540被递送到(例如高NA)物镜545。物镜将离轴束530聚焦到位于衬底550上的样本(例如周期性结构/对准标记)上，它们在此处散射和衍射。散射的更高衍射级555+、555-(例如分别为+1和-1级)经由点镜540向后传播，并且由光学组件560聚焦到传感器或相机565上，它们在此处发生干涉以形成干涉图案。然后，运行合适软件的处理器580可以处理由相机565捕获的干涉图案的(多个)图像。

零级衍射(镜面反射)辐射在检测分支的合适地点被阻挡；例如通过点镜540和/或单独的检测零级块元件。应该注意的是，针对离轴照射束中的每个离轴照射束存在零级反射，即，在当前实施例中总共有四个这些零级反射。因此，量测装置作为“暗场”量测装置操作。

在一个实施例中，量测装置还可以包括具有对应的光瞳相机547的光瞳成像分支542。光瞳成像可能是合乎需要的有许多原因。通过单个示例，衬底上的照射斑点大小可能是可调谐的。这种可调谐照射斑点大小的一种应用是更好地实施光瞳量测模式，因为这种模式可能受益于使照射斑点未充分填充目标(以避免重叠光瞳坐标中的不希望的散射)。

在实施例中，相干加扰器可以被提供，使得不相干束实际上可以是伪空间不相干的，例如从诸如激光器等相干照射源生成，同时经历一个或多个过程来模拟空间不相干。这可以包括在检测器的积分时间期间使相干辐射多模和总集平均不同的实现。更具体地，在实施例中，散斑图案(其是空间相干图案)的许多(例如随机)实现是利用例如激光器和多模光纤和/或旋转漫射板生成的。对这些随机散斑图案实现的总集平均被确定，它平均了干涉效应，因此有效地模拟了空间不相干性(干涉在其积分时间期间在检测器平面上被平均)。

这种量测装置的主要概念是仅在需要时在测量照射中引入空间相干性。更具体地，在离轴束530中的每个离轴束530中的对应的光瞳点集合之间引起空间相干性。更具体地，光瞳点集合包括离轴束中的每个离轴束中的对应的单个光瞳点，光瞳点集合在空间上是相干的，但是每个光瞳点相对于同一束中的所有其他光瞳点是不相干的。通过以这种方式优化测量照射的相干性，对小节距目标执行暗场离轴照射变得可行，由于每个离轴束530在空间上是不相干的，因此具有最小的散斑伪影。

图6示出了三个光瞳图像来图示这个概念。图6(a)示出了与图5中的光瞳平面P1相关的第一光瞳图像，并且图6(b)和6(c)分别示出了与图5中的光瞳平面P2相关的第二光瞳图像。图6(a)示出了(在横截面中)空间不相干辐射束520，并且图6(b)和6(c)示出了(在横截面中)由相干离轴照射生成器525在两个不同的实施例中生成的离轴束530。在每种情况下，外圆595的范围对应于显微镜物镜的最大检测NA；仅通过示例，这可能是0.95NA。

光瞳中的每个光瞳中的三角形600指示在空间上彼此相干的光瞳点集合。类似地，十字605指示在空间上彼此相干的另一光瞳点集合。三角形相对于十字和对应于射束传播的所有其他光瞳点在空间上是不相干的。一般原则(在图6(b)所示的示例中)是相互空间相干的每个光瞳点集合(每个相干点集合)在照射光瞳P2内具有与所有其他相干点集合相同的间距。因此，在该实施例中，每个相干点集合是所有其他相干点集合在光瞳内的平移。

在图6(b)中，由三角形600表示的第一相干点集合的每个光瞳点之间的间距必须等于由十字605表示的相干点集合的每个光瞳点之间的间距。‘间距’在上下文中是有方向的，即，十字集合(第二点集合)不被允许相对于三角形集合(第一点集合)旋转。因此，离轴束530中的每个离轴束530本身包括不相干辐射；然而，离轴束530一起包括相同的射束，在它们的横截面内具有对应的点集合，这些点具有已知的相位关系(空间相干性)。应该注意的是，每个点集合中的点不一定要等间距(例如该示例中的四个三角形605之间的间距不需要相等)。因此，离轴束530不必对称地布置在光瞳内。

图6(c)示出了该基础概念可以被扩展到仅在对应于单个测量方向的射束之间提供相互空间相干性，其中射束530X对应于第一方向(X方向)并且射束530Y对应于第二方向(Y方向)。在该示例中，正方形和加号分别指示光瞳点集合，这些光瞳点集合对应于由三角形和十字表示的光瞳点集合，但不一定在空间上相干。然而，十字在空间上是相互相干的，加号也是如此，十字是加号在光瞳中的几何平移。因此，在图6(c)中，离轴束只是成对相干的。

在该实施例中，离轴束按方向分开考虑，例如X方向530X和Y方向530Y。生成捕获的X方向衍射级的射束对530X仅需要彼此相干(使得点对600X是相互相干的，点对605X也是如此)。类似地，生成捕获的Y方向衍射级的射束对530Y仅需要彼此相干(使得点对600Y是相互相干的，点对605Y也是如此)。然而，在点对600X和600Y之间以及在点对605X和605Y之间不需要相干。因此，在与每个考虑的测量方向相对应的离轴束对中包括相干点对。与以前一样，针对对应于测量方向的每对束，每对相干点是所有其他相干点对在光瞳内的几何平移。

例如，诸如图3、4或5所图示的对准传感器通过检测和观察由光栅衍射的衍射级的干涉图案来测量衬底或晶片上的对准目标的位置。由于来自不同衍射级的光在传感器中遵循不同的光路，由于光探测光学系统的不同光学像差而产生级间的相位差。这种相位差的影响是检测到的对准位置与目标的“真实”物理位置的偏差。这种变化的常数项(晶片内和晶片到晶片)可以用现有的校准程序进行校准。然而，当衍射光的强度根据衍射角而变化时出现问题。这种变化的常见原因是过程引起的效应(诸如叠层厚度变化)，这会导致光栅的角反射率的变化。这种变化导致系统物镜的光瞳平面或傅里叶平面处的光强度分布发生变化。

光瞳内的强度变化导致对准位置偏差的变化。这种变化表示当前校准程序无法校正的对准准确性误差源。

为了解决这个问题，提出了一种数据驱动的纠错方法，它能够更好地校正这种过程和/或叠层相关的对准位置偏差。在一些可选实施例中，提出使用相干特性和传感器的对称性来确定校正；两个具体的这种实施例将被明确描述，第一实施例涉及基于自参考干涉仪的对准传感器，诸如图3和4所图示的，并且第二实施例涉及优化的相干对准传感器，诸如图5和6所图示的。

本文公开的提议包括开发完全可扩展的校正平台，该平台可以被扩展到光瞳强度变化的更高级。由于光瞳内强度的复杂重新分布或传感器光学像差知识中任何可能的不准确性导致的误差可以通过所提出的数据驱动方法克服，其中模型基于在与目标测量相同的条件下获取的光瞳图像进行训练。

图7是根据实施例的方法的流程图。该方法将在下面更详细地描述，但简要地，步骤是：

●700-执行校准以确定光学系统的传感器项，传感器项针对在与通过传感器传播的光的角扩展相当的角度范围内的每个散射角(即，针对光瞳平面中的每个位置)定义。

●710-在获得光瞳平面测量数据集的同时执行对准测量；例如光瞳平面的图像包括从对准标记或其他结构散射(即，衍射和/或镜面反射)的辐射的测量强度分布；

●720-可选地处理强度分布以从光瞳平面图像获得处理后的强度分布或强度项，该强度项针对给定角度范围内的每个散射角(即，包括在光瞳平面中的每个位置上的处理后的强度分布)定义，由通过系统传播的光的角扩展确定；

●730-通过应用诸如线性回归模型等模型，使用强度项和传感器项来确定对准位置的校正。

步骤710包括获得物镜的光瞳平面的图像(从目标散射的光作为角坐标的函数)。如果传感器如此配备，则该图像可以使用外部装置或传感器的内部分支获得。例如，这种光瞳成像分支在图5中图示(光瞳成像分支542，具有对应的光瞳相机547)。

提出(例如在步骤720中)从光瞳平面的相机图像中提取具体的有关强度的特征。该特征被称为强度项I_i，因为它是光瞳图像强度的函数。强度项是标量数集合，针对像素(例如每个像素)或光瞳平面中的衍射斑点内的地点(因此针对衍射辐射的每个单独的散射角)单独定义。索引i标记这些地点(或像素)。强度项的细节如下所述。

在步骤730中，线性回归模型可以在实施例中假设，例如其描述了由强度项I_i与传感器模型或传感器项φ_i的点积给出的对准位置的校正δ：

传感器项φ_i可以使用监督学习方法从训练数据集校准(例如在步骤700中)。校准程序的细节将在下面描述。

在其他实施例中，非线性模型在步骤730中假设。

有用于定义强度项的许多替代方法。强度项I_i的第一示例包括使用更高(即，非零)衍射级的每个像素的归一化强度；例如在+1和-1衍射级斑点或(多个)任何其他更高级衍射斑点中；例如其他更高级衍射在光瞳中捕获的情况下的+2、-2级。备选地或者组合地，(例如归一化的)零级散射辐射可以被使用。

通过具体示例，并且参照图6(c)，强度项可以包括标记为530X的两个斑点中的一个斑点或(作为替代示例)标记为530Y的两个斑点中的一个斑点或者在光瞳中捕获的任何其他衍射或散射(例如镜面反射)斑点内的光瞳点的强度分布。作为示例，从斑点530X计算的强度项可以包括光瞳点600X和605X以及斑点内的任何其他光瞳点处的强度，每个强度被归一化为斑点内积分的总强度。

因此，例如强度项I_i可以被定义为：

其中

是+1衍射级的第个像素(总共个像素)的强度(尽管这同样可以是-1级或任何其他更高衍射级或零级)。

在这种实施例中，单个衍射斑点可以被使用。备选地，校正可以针对两个斑点(+1和-1级)单独确定，并且这些校正的结果可以被求平均。因此，校正δ可以基于对每个斑点的单独考虑有效地从衍射斑点中的每个衍射斑点确定，就好像它们是单独的图像一样(例如对每个斑点单独使用等式(1)并且对结果求平均)。这种平均可以帮助消除任何处理或对准标记的不对称性。

在第二实施例中，在+1衍射斑点中的位置+r_i处的像素的强度(使用任何类型的平均值：例如线性、RMS)与在-1衍射斑点中的对应位置-r_i处的像素的强度求平均。这种方法对诸如倾斜和光栅不对称性等影响更加稳健。对应位置可以包括在光瞳中相对于光瞳内的对称轴对称的相对位置(光瞳图像将是名义上对称的，尽管实际上可能由于标记不对称性等而观察到不对称性)。

在又一实施例中，传感器对称性可以被明确地考虑并且用于确定强度特征。在这种上下文中，传感器对称性可以被理解为描述管控哪些像素对干涉以生成条纹图案的关系。通过传感器设计，这种相干像素对可以在光瞳平面中标识。用于标识干涉对的实际等式取决于传感器的类型。

针对对准传感器的实施例，包括但不限于图3或4所图示的基于SRI的对准传感器(或离轴照射等效物)，强度度量可以包括使用几何均值的先前实施例的更具体的示例。更具体地，这种实施例的强度度量可以采用以下形式：

其中I⁽⁺¹⁾(+ri)是+1衍射斑点中的地点+r_i处的强度，并且I^(-1)(-ri)是-1衍射斑点中的地点-r_i处的强度。位置-r_i可以包括相对于光瞳内的对称轴与光瞳中的地点+r_i的地点对称地相反的位置。类似的强度项可以针对在光瞳中捕获的任何一对相反的衍射级斑点(-2,+2)定义。

针对诸如图5和6所图示的传感器，相互干涉的点是相对于主光线r⁽⁺¹⁾和r^(-1)的位置处于相同相对位置的点。这可以通过参照图6(c)来了解。主光线可以从具体的传感器光学器件中标识；例如(现在仅考虑X方向)主光线CR可以位于离轴束530X的相应中心。每对相干像素是在其相应斑点530X内相对于斑点中心处于相同位置的那些像素；例如标记为600X的两个像素包括一个这种相干对，标记为605X的两个像素也是如此。相同的分析可以对Y方向进行。

更具体地，针对这种实施例，强度项可以被定义为：

其中I⁽⁺¹⁾(r⁽⁺¹⁾+ri)和I^(-1)(r^(-1)+ri)描述了这种一对相干像素的强度(即，I⁽⁺¹⁾(r⁽⁺¹⁾+ri)是相对于+1衍射级中的主光线r⁽⁺¹⁾位移了+ri的像素的强度，并且I^(-1)(r^(-1)+ri)是相对于-1衍射级中的主光线r^(-1)位移了+ri的像素的强度。

图8从概念上图示了以上示例中的每个示例。每个曲线图都是简化的1D强度图，跨越光瞳(光瞳坐标NA_i在一维中跨越穿过光瞳对称中心的线性轴)。在每种情况下，第一列对应于-1级衍射，第二列对应于+1级衍射，并且第三列对应于所得强度项I_i。第一行描述了使用等式(1)的实施例，仅基于+1衍射级。三个具体的光瞳坐标NA_i由每列中的正方形、三角形和十字表明。第二行描述了使用等式(2)或(3)的实施例，对每对对称相对的像素进行平均。因此，由-1级列中的正方形、三角形和十字表示的像素将与第二+1级列中的对应像素进行平均。因此，强度度量列中的每个像素与–1级和+1级列中的对应像素中的每个对应像素基本上处于相同的水平(假设光瞳大致对称)。第三行描述了使用等式4的实施例。此处注意，对应的像素在光瞳中不再对称(围绕划分-1级列和+1级列的对称轴)。相反，针对+1和-1级，“十字”像素位于“三角形”像素(后者对应于主光线)的右侧，并且类似地，针对两个级，“正方形”像素位于“三角形”像素的左侧(可以再次参照图6以可视化为什么会这样)。同样，平均对应像素对的结果是第三行中示出的强度度量。

在所有以上示例中，这些概念可扩展到比一级衍射更高的衍射级，并且对+1和/或-1衍射级的任何引用可以被认为是指任何更高的(多个)衍射级。而且，虽然等式(2)、(3)和(4)都描述了归一化强度度量，但这种归一化并不是绝对必要的。

在实施例中，在第一波长执行的光瞳测量可以被用于校正在第二波长执行的对准位置测量。更具体地，步骤710可以包括对N种颜色进行N次测量，其中每次测量包括每种颜色的图像平面图像(例如衍射条纹图像)和光瞳图像，并且使用在不同颜色下测量的所有N个光瞳图像来校正不同颜色的所有N个测量位置。通过类似的方式，光瞳中的Y方向衍射级可以被用于校正X方向位置，反之亦然；和/或在第一偏振态测量的光瞳可以被用于校正在第二偏振态测量的位置。

校准步骤700可以使用基于多个校准光瞳数据集(例如多个校准光瞳图像)的监督、半监督或无监督学习方法来执行。这些光瞳图像应该是不同的(例如光瞳平面强度存在差异)，这与光瞳相机在产品目标上记录的实际光瞳图像相当。

用于获得这种不同的光瞳数据集或光瞳图像的任何合适的方法可以被使用，并且这种方法的细节并不重要。通过示例，用于获得校准图像的实施例的非详尽列表可以包括(其中的一个或者两个或多个的任何组合)：

a)测量具有过程引起的变化的训练和/或产品晶片的集合。这可能是“配方设置”阶段或“阴影模式”的一部分，即，在运行生产的同时进行测量并且不断检查光瞳量测模型参数是否可以被改进。

b)测量专门制造的具有受控和/或不受控制的叠层厚度变化的晶片集合。

c)测量同一晶片上具有受控和/或不受控制的晶片内过程变化的目标集合。

d)使用旋转/移动孔径来过滤/修改照射光的角强度，和/或过滤/修改与目标光瞳平面共轭的任何平面中的光强度。

e)使用空间光调制器或类似装置用于与实施例d)相同的目的。

f)出于与实施例d)相同的目的，与扫描机构同步地调制光源强度。例如，这可以通过使用相干加扰器(诸如可以被包括在图5所图示的装置中)并且与扫描反射镜同步地调制激光的强度来完成。

g)使用相干加扰器在照射强度中生成散斑图案集合。这可以通过保持扫描反射镜静止以便将光聚焦在纤芯上的固定位置来完成。这将在光纤的另一端生成散斑图案，该散斑图案将在光瞳平面上成像。输入光纤琢面的不同位置会产生不同的散斑图案。

h)使用一系列颜色测量标记(例如基准标记)。针对每种颜色，光将穿过光瞳的略微不同的部分。这将导致作为颜色函数的不同测量位置，因此作为光瞳中的位置的函数。该信息可以被用于共同量测。

i)测量具有受控设计差异(例如不同的占空比、子分段)的目标集合，以诱导不同的角衍射剖面。

j)通过光瞳中的对应斑点在感兴趣区域中重叠的方式，测量具有不同定向和节距的光栅集合。通过这种方式，针对光瞳的这个区域中的每个像素，都会进行多次测量。针对这些测量中的一些，像素强度将为零，针对一些其他测量，它将是某个非零值。这将为校准提供足够的光瞳强度变化。

k)使用位于晶片或基准上的地点处的外部装置，它能够以受控方式修改光栅的角衍射强度。

l)如果晶片在晶片上存在过程变化，例如从晶片中心到边缘的层厚度变化梯度，并且如果晶片之间的层厚度也发生变化(在整个晶片上均匀)，则可以确定光瞳量测是否校准良好。如果光瞳量测没有很好地校准，则环会出现在测量的对准网格中，如果校准良好，则这些环会消失。

m)在为新过程层进行配方设置时，使用为先前(最好是类似的)过程层确定的校准映射作为起点/初始猜测，然后使用该段落中描述的任何其他方法对此进行改进。

n)基于先前构建和校准的传感器估计(例如初始猜测)像差映射，可能通过考虑新传感器的测量像差映射来更新。

o)测量训练晶片集合，每个晶片包括感兴趣标记结构的具体校准(例如对准)以及一个或多个附加的校准参考(例如对准)标记，例如具有不同的特性。

由于在一些实施例中提出了监督方法，因此每个校准图像都可以具有对应的“地面实况”；即，应该知道对准位置的实际或已知校正。如何获得这种地面实况校正很大程度上取决于收集图像的方式。针对实施例a)、b)、c)、i)、j)、o)，实际校正可以通过曝光对准标记并且测量所得叠加来获得；例如使用量测设备(例如基于散射测量的量测设备，诸如通常用于叠加量测)。针对实施例d)、e)、f)、g)、k)，地面实况被自动给出，因为利用这些示例，相同的目标被成像在相同的位置。针对实施例c)、i)和j)，晶片上目标的标称位置的准确性可能足以提供地面实况。实施例h)和l)不需要任何地面实况。这些旨在是非详尽的示例。可以量化对准位置变化的正在使用、开发中或将要开发的任何技术都可以被用于获得地面实况。

在适用于其中对准传感器还对衍射辐射成像以获得场图像(即，来自散射辐射的晶片图像或图像平面数据)的实施例中，提出该图像平面数据与上面在该校准步骤中公开的光瞳平面图像方法组合使用。例如，诸如图5和6所图示的优化相干对准传感器也在图像平面处对散射辐射进行成像，尽管这些概念同样适用于在光瞳平面和图像平面处获得散射辐射图像的任何量测装置或对准传感器。注意，图像平面数据不一定是真正意义上的图像(例如优化的相干对准传感器是暗场传感器，因此零级通常未被成像，而是被阻挡)。此处，图像平面数据可以从由图像平面处的散射辐射的互补衍射级(例如+1和-1级)形成的干涉图案的场图像获得。

与单独使用光瞳平面中的信息相比，这种组合信息提供了更多的稳健性。作为示例，强烈的产品串扰信号的存在更明显，并且更容易从场图像中观察到，因此任何对应的光瞳图像变化都可以与该产品串扰相关(高置信度)，而不是层/叠层厚度变化。因此，例如可以分离回归分析中由于层厚度引起的光瞳响应变化和由于串扰效应引起的光瞳响应变化，提高了所得模型的拟合，使其适合相关的光瞳数据。这种方法可以包括将模型校准为对于层厚度是稳健的，同时忽略与串扰效应相关的光瞳效应。

晶片图像数据的添加与小标记尤其相关，其中照射区域内的有限标记效应和产品串扰可能会对光瞳图像产生强烈影响。在光瞳图像被用于校正过程信息的情况下，当来自周围结构的光也最终进入光瞳时，这种校正将受到影响。

与所描述的所有基于回归的方法一样，成功的实施方式要求训练数据中存在的输入信号存在代表性变化(例如可能影响串扰的变化)。因此，所提出的方法可以包括导出周围结构的(多个)节距的中间步骤(例如使用任何合适的量测技术，或使用预期节距的值)，并且在地面实况数据中将这些用于校正。例如，这种概念可以被应用于基于校准晶片(例如训练或产品晶片)的测量描述的任何校准示例，其中这些校准晶片也具有将影响串扰效应(例如诸如周围结构参数变化/地点/到目标的距离等)的变化。然后回归可以学习周围产品变化(串扰贡献者变化)及其对场图像和光瞳图像的影响之间的相关性。具体地，回归分析可以旨在基于场图像数据将串扰效应与光瞳图像数据中的其他处理(例如层/叠层厚度)效应区分开来。

这可以通过扩展上面等式(1)中描述的模型来实现。在这种形式中，它通过将光瞳图像可观察值(例如测量的光瞳强度分布)与传感器模型(传感器项)相乘来确定校正。在该实施例中提出包括一个附加项，该附加项包括晶片图像可观察值和传感器模型的乘积：例如：

其中J_j是晶片图像测量数据或晶片图像可观察值。然后这可以被反转以在校正所述校准光瞳平面图像I_i方面优化传感器项φ_i，例如针对层/叠层厚度变化。

晶片图像可观察值或数据集可以是强度。然而，更好的性能可以使用例如周围结构处的局部条纹振幅(和/或条纹相位)来实现：

在实施例中，每个光瞳图像中的多个光瞳图像(例如与串扰效应相关的光瞳图像的部分)也可以被用于回归分析。通过具体示例，如果周围结构的节距与对准标记的节距略有不同，使得产品节距的衍射级部分(但不完全)与标记节距重叠，这将在光瞳图像中看到，并且也可以被用于校正。以上描述主要使用标记的衍射级所在的光瞳部分进行描述。通常，光瞳内的其他区域也可能包括与对准误差相关的信息。该实施例中的基础思想是利用该附加信息。这种方法可以包括扩展等式(1)或(5)的光瞳图像可观察值(I_i)和传感器项(φ_i)以覆盖整个光瞳图像或其较大部分，而不是仅覆盖标记的+1和-1衍射级被预计为的部分。注意，这可以独立于或组合刚刚描述的串扰校正来完成。

作为可选步骤，问题的维度可以通过在适当的基础上投影强度项来减少，例如泽尼克多项式。通过这种方式，所有向量都从图像像素的大小减小到所选基础的大小。基础可以被优化，使得维数被尽可能地减少，例如使用主成分分析方法或其他合适的方法。

形式上，这意味着强度项

变为：

其中

是像素i处的基础的第m个元素(例如泽尼克多项式)的值。在这种情况下，等式(1)变为：

该实施例可以被简单地适用于在晶片平面数据被使用的光瞳和晶片平面图像上运行(例如以移除串扰效应)；例如通过以等效方式处理等式(5)。

等式(1)、(5)或(7)中的线性问题可以被反转，以校准来自每个校准图像的强度项和对应“地面实况”δ的传感器项φ_i或φ_m。在可能的实施例中，这种反转可以使用最小二乘拟合来实现。任何其他线性拟合算法也可以被使用。

一旦校准的传感器项φ_i或φ_m从校准数据中拟合出，它可以被用于使用等式(1)或(6)来计算任何后续图像的校正。

实施例o)包括可以独立使用或作为对一个或多个其他实施例的改进的方法。具体地，实施例o)可以被用于确定用于训练回归的训练晶片集合以校准传感器项。训练晶片可以包括在大批量制造(HVM)中预计的代表性变化，针对感兴趣的具体对准标记结构进行优化(例如具有与实际产品晶片上使用的相同的结构)。

实施例o)可以包括测量训练晶片集合，每个晶片包括期望的感兴趣的对准标记结构以及一个或多个附加的参考对准标记。参考对准标记应该具有已知的标记敏感性(例如这可以通过使用例如适当情况下任何其他实施例a)到m)的早期校准和/或建模来确定)以及对已知的和/或参考标记相对不敏感的诸如层厚度等因素的敏感性。

在该实施例中，期望的训练对准标记的对准位置可以引用(多个)参考对准标记的位置。这可以包括确定(测量)感兴趣的对准标记结构的相应对准位置和对应于感兴趣的对准标记结构的光瞳图像的(多个)参考对准标记之间的对准位置偏移。

参考对准标记(在多于一个被提供的情况下)可以在特性上有所不同，这些特性可以包括例如以下一项或多项：子分段、占空比、线宽和/或节距。在该上下文中的子分段可以描述光栅线的分段。线的子分段可以基本上与它分段的光栅在相同的方向上(例如X方向光栅的每个线可以在X方向上分段并且Y方向光栅的每个线可以在Y方向上分段)和/或子分段可以在与它分段的光栅相对的方向上。

在一些实施例中，训练晶片可以包括与将在曝光过程期间使用的配方数据中所包括的相同的层(例如训练晶片可以包括将在感兴趣的过程中使用的相同的层，诸如特定的生产过程)。训练晶片还可以包括预定义的衬底，用于在制造设施处曝光。

如上所述，(多个)参考标记可以包括一种或多种特性，使得它对层厚度变化相对不敏感。这可以包括提供具有对层厚度变化稳健(即，不太敏感)的子分段和/或具有对层厚度变化稳健(即，不太敏感)的节距的参考标记。具体地，对准标记的子分段可以被用于控制对准位置对层厚度变化的敏感性。因此，通过选择适当的子分段，可以进行标记，例如对于给定叠层的层厚度变化具有稳健性。

图9图示了子分段的一些示例，其中标记具有包括多个标记分段(例如竖直子分段光栅或水平子分段光栅)的光栅结构，并且其中一个或多个标记分段包括多个子分段。减少层和/或叠层厚度变化的子分段在美国专利申请号62/914,618中描述，其通过引用并入本文。子分段光栅可以由一个或多个子分段变量(例如节距、占空比、线宽和/或其组合)来表征。在该实施例中提出，多个子分段可以被配置有节距、占空比、线宽和/或其组合，这使对层厚度的敏感性最小化。对层厚度的敏感性可以描述例如反射束的波长相对于入射辐射的波长的变化中的一者或两者，作为叠层和/或层的厚度变化的函数；以及反射束的角反射率的变化，作为叠层和/或层的厚度变化的函数，反射束是从量测标记反射并且穿过叠层/层的射束。

在图9A中，示例第一对准标记90A(例如对准标记)包括标记分段901。该第一对准标记90A也被称为竖直子分段光栅。图9B图示了包括标记分段903的示例第二对准标记90B。该第二对准标记90B也被称为水平子分段光栅。在图9A和9B中，标记分段901和903中的每个标记分段被子分段。具体地，标记分段901被竖直子分段，其中标记分段901被子分段为垂直于主光栅方向(例如图9A中的x方向)延伸的子分段905。另一方面，标记分段903被水平子分段，其中标记分段903被子分段为平行于或者沿着主光栅方向(例如图9B中的x方向)延伸的子分段907。示出为平行线的标记分段901和903是示例并且不限制本公开的范围。本领域技术人员可以理解，本公开的范围不被限于标记分段的特定定向或几何形状。在一些实施例中，子分段可以是虚线、矩形线、三角形等。图9C图示了对准标记90C的另一示例。对准标记90C包括子分段902、904、906、908、910和912。子分段902、904、906、908、910和912中的每个子分段具有不同的线宽(例如分别为CD1、CD2、CD3、CD4、CD5和CD6)。子分段902、904、906、908、910和912中的每个子分段可以在对准标记中以恒定节距重复。

确定对层厚度不太敏感的参考标记可以在预校准阶段完成(例如从已经提及的早前校准和/或建模中确定)。这种预校准可以包括：

a)扰动一个或多个子分段变量(例如多个子分段的节距、占空比和/或线宽)；

b)扰乱层叠层内的一个或多个层的厚度；

c)基于b)和c)的扰动确定更新的敏感性值；以及

d)迭代地执行步骤a)、b)和c)，直到最小敏感性被确定以设置多个子分段的配置。例如，在具体次数的迭代之后，或者当敏感性超出预定的低阈值时，敏感性可以认为被最小化。

预计本文公开的概念将找到图5所图示类型的传感器的特定应用，因为它在光瞳平面中具有相对较大的斑点大小和对应的更高级强度变化。然而，它可以适用于任何合适的(基于图像的)对准传感器，特别是针对示出更大强度变化的困难叠层。

以上描述集中在基于衍射的对准应用上。然而，要了解的是，本文描述的概念也同样适用于基于图像的对准系统，诸如在先前发布的申请US2008043212A1(Shibazaki)和US2011013165A1(Kaneko)中描述的。那些先前申请的公开内容通过引用并入本文。在每种情况下，光瞳图像可以从基于图像的系统的光瞳平面获得，并且强度项使用例如类似于等式(2)的强度项从光瞳图像确定，尽管它不会是衍射级的像素而是包括散射辐射的光瞳的任何部分(或整个光瞳)。等式(1)然后可以以与所描述的方式相同的方式应用，其使用使用适当校准的传感器项。

以上描述集中在用于定位衬底的对准应用(例如在光刻设备/扫描仪、量测设备或任何其他处理设备内)上。在这种应用中，目标通常被称为对准标记，并且量测装置被称为对准传感器(诸如图3所图示的)。要了解的是，本文公开的概念适用于遭受叠层/处理相关误差的任何光学量测应用。这可以包括叠加或聚焦量测(或感兴趣的其他参数)，因此测量叠加或聚焦目标(无论是产品结构的专用目标还是目标区域)。事实上，图5所图示的装置具有许多应用，包括叠加和聚焦量测。本领域技术人员将能够容易地将以上教导应用于这种其他应用。例如，对对准位置的任何引用都可以用叠加/聚焦值或强度不对称值(或示出不期望的叠层相关性的任何其他参数)替换。

在上文中，传感器项或传感器模型被描述为理想地描述传感器像差。可以了解，该项是数据驱动参数，它可能不一定与物理意义上明显的传感器参数相关。

尽管本发明的具体实施例已经在上面描述，但是要了解的是，本发明可以以不同于所描述的方式来实践。

尽管上面可能已经在光学光刻的上下文中具体引用了本发明的实施例的使用，但是要了解的是，本发明可以被用于其他应用中，例如压印光刻，并且在上下文允许的情况下，不被限于光学光刻。在压印光刻中，图案化装置中的形貌限定在衬底上创建的图案。图案化装置的形貌可以被压入供应到衬底的抗蚀剂层中，因此抗蚀剂通过施加电磁辐射、热量、压力或其组合来固化。在抗蚀剂被固化之后，图案化装置被移出抗蚀剂，从而在其中留下图案。

本文使用的术语“辐射”和“束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有等于或约为365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在1-100nm范围内的波长)以及粒子束，诸如离子束或电子束。

在上下文允许的情况下，术语“透镜”和“物镜”可以指代各种类型的光学组件中的任何一个或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学组件。反射组件很可能被用于在UV和/或EUV范围内操作的设备中。

本发明的广度和范围不应该受到任何上述示例性实施例的限制，而应该只根据以下权利要求及其等效物来定义。

Claims

1.一种量测方法，包括：

在光瞳平面处获得与由结构测量产生的散射辐射相关的光瞳平面测量数据集；以及

使用所述光瞳平面测量数据集以及传感器项来确定测量值或对所述测量值的校正，所述传感器项与用于执行所述测量的传感器光学器件有关。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述量测方法包括在对准物体时进行位置量测的方法，并且所述测量值包括对准值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中确定测量值或对所述测量值的校正的步骤包括：将线性回归模型应用于所述光瞳平面测量数据集和所述传感器项。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述传感器项与所述传感器光学器件中作为所述光瞳平面中的位置的函数的的像差有关。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述光瞳平面测量数据集包括在光瞳平面处测量的强度分布。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述强度分布包括所述光瞳平面内与单个更高衍射级相关的强度分布。

7.根据权利要求6所述的方法，其中确定测量值或对所述测量值的校正的步骤针对对应的更高衍射级对中的每个衍射级单独执行，并且还包括：对与每个相应衍射级相对应的结果求平均以获得所述测量值或对所述测量值的校正。

8.根据权利要求5所述的方法，其中所述强度分布包括所述光瞳平面内对对应像素对的平均值的分布进行描述的强度分布，所述对应像素对包括对应的更高衍射级对中的第一衍射级的第一像素以及所述对应的更高衍射级对中的衍射级的对应第二像素。

9.根据权利要求8所述的方法，其中对应像素对包括位于所述光瞳平面内的对称相对位置的像素。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述强度分布考虑了所述传感器的所述对称性。

11.根据权利要求10所述的方法，其中对应像素对包括干涉以生成在执行所述测量时成像的条纹图案的像素对，所述测量值从所述条纹图案中导出。

12.根据权利要求11所述的方法，其中对应像素对包括位于所述光瞳平面内的对称相对位置的像素。

13.根据权利要求11所述的方法，其中对应像素对包括在所述光瞳平面内相对于相应主光线具有对应位移的像素对。

14.根据权利要求5至13中任一项所述的方法，其中所述强度分布包括归一化强度分布。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：在合适的基础上投影所述光瞳平面测量数据集，以减少对所述测量值或其校正的确定的维度。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述合适基础包括泽尼克多项式。

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括初始校准步骤以校准针对所述传感器光学器件的所述传感器项。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述校准步骤包括：

使用所述传感器光学器件来获得不同的校准光瞳数据集；以及

执行反演以根据从每个校准光瞳数据集中导出的光瞳平面测量数据集来校准所述传感器项。

19.根据权利要求18所述的方法，其中获得的所述不同的校准光瞳数据集包括相应的已知测量值或对所述测量值的已知校正，并且执行反演的步骤还使用所述相应的已知测量值或对所述测量值的已知校正。

20.根据权利要求18或19所述的方法，其中所述不同的校准光瞳数据集与对校准衬底上测量的感兴趣校准结构的测量有关，所述校准衬底还包括具有已知和/或低灵敏度特性的一个或多个校准参考结构；并且所述校准步骤还包括：

确定测量值偏移数据，所述测量值偏移数据对在所述感兴趣校准结构的测量值与所述一个或多个校准参考结构中的每个校准参考结构的测量值之间的偏移进行描述；以及

在所述执行反演的步骤中使用所述确定测量值偏移数据。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述校准参考结构包括被选择以使对层厚度的灵敏度最小化的一个或多个参数值。

22.根据权利要求21所述的方法，其中被选择以使对层厚度的灵敏度最小化的所述一个或多个参数值与以下中的一者或两者相关：

所述结构或其特征的子分段，以及

所述结构的重复特征的周期性或间距。

23.根据权利要求18至22中任一项所述的方法，其中所述方法包括：获得与所述校准光瞳数据集的至少子集相对应的不同的校准图像平面数据集；以及

在所述执行反演的步骤中使用所述校准图像平面数据集来校准所述传感器项。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述校准图像平面数据集中至少部分地归因于来自与所述结构相邻的周围结构的串扰的影响与所述校准光瞳数据集中的对应影响相关，以便在执行所述反演时区分这些影响。

25.根据权利要求23或24所述的方法，其中所述校准图像平面数据集中的每个校准图像平面数据集包括以下中的一者或两者的集合：

在图像平面处测量的强度值或分布；以及

在图像平面处测量的与周围结构有关的局部条纹幅度和/或条纹相位。

26.根据权利要求23至25中任一项所述的方法，所述执行反演的步骤还包括针对所述传感器项，对包括以下第一项和第二项的函数进行反演，所述第一项包括所述传感器项和所述校准光瞳平面数据集；以及所述第二项包括所述传感器项和所述校准图像平面数据集，以便在校正所述校准光瞳平面数据集方面优化所述传感器项。

27.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述光瞳平面测量数据集与来自所述结构的一个或多个衍射级之外的区域相关；所述确定步骤还使用此附加光瞳平面测量数据集。

28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：执行所述测量以获得所述光瞳平面测量数据和测量值。

29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述测量值和所述光瞳平面测量数据集各自与不同的相应波长、和/或测量辐射的偏振和/或所述结构的重复图案的重复方向有关。

30.一种计算机程序，所述计算机程序包括计算机可读指令，所述计算机可读指令能够被操作以执行前述权利要求中任一项所述的方法。

31.一种处理器和相关联的存储介质，所述存储介质包括权利要求30所述的计算机程序，使得所述处理器能够被操作以执行权利要求1至29中任一项所述的方法。

32.一种量测装置，包括根据权利要求31所述的处理器和相关联的存储介质，以便能够被操作以执行根据权利要求1至29中任一项所述的方法。

33.一种光刻设备，包括根据权利要求32所述的量测装置。

34.根据权利要求33所述的光刻设备，包括：

图案化装置支撑件，用于支撑图案化装置；

衬底支撑件，用于支撑衬底；以及

其中所述量测装置能够被操作以确定针对所述图案化装置支撑件和衬底支撑件中的一者或两者的对准位置。