CN115004113A - 量测方法和用于测量衬底上的周期性结构的装置 - Google Patents
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Abstract
披露了一种利用具有至少一个波长的照射辐射来测量衬底上的周期性结构的方法，所述周期性结构具有至少一个间距。所述方法包括基于所述间距与所述波长的比率来配置成下各项中的一个或更多个：照射孔轮廓，所述照射孔轮廓包括傅里叶空间中的一个或更多个照射区；用于测量的所述周期性结构的取向；以及检测孔轮廓，所述检测孔轮廓包括傅里叶空间中的一个或更多个分离的检测区。这种配置使得：i)在所述检测孔轮廓内捕获至少一对互补衍射阶的衍射辐射，和ii)所述衍射辐射填充所述一个或更多个分离的检测区的至少80％。所述周期性结构被测量，而同时应用照射孔轮廓、检测孔轮廓和所述周期性结构的取向中的经配置的一个或更多个。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年1月29日递交的欧洲申请20154343.6和于2020年3月06日递交的欧洲申请20161488.0以及于2020年7月21日递交的欧洲申请20186831.2的优先权，这些欧洲申请的全部内容通过引用并如本文中。
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方法和装置。
背景技术
光刻设备是被构造成将期望的图案施加至衬底上的机器。光刻设备可以用于(例如)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)处的图案(也经常被称为“设计布局”或“设计”)投影至被设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
为了将图案投影于衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。这种辐射的波长确定可以形成在衬底上的特征的最小大小。当前在使用中的典型波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。相比于使用例如具有193nm的波长的辐射的光刻设备，使用具有介于4nm至20nm的范围内的波长(例如6.7nm或13.5nm)的极紫外(EUV)辐射的光刻设备可以用于在衬底上形成较小特征。
低k1光刻可以用于处理尺寸小于光刻设备的经典分辨率极限的特征。在这样的过程中，可以将分辨率公式表达为CD＝k1×λ/NA，其中λ是所使用的辐射的波长，NA是光刻设备中的投影光学器件的数值孔径，CD是“临界尺寸”(通常是所印制的最小特征大小，但在这种情况下是半间距)且k1是经验分辨率因子。通常，k1越小，则在衬底上再现类似于由电路设计者规划的形状和尺寸以便实现特定电功能性和性能的图案变得越困难。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。这些步骤包括(例如)但不限于NA的优化、定制照射方案、使用相移图案形成装置、例如设计布局中的光学邻近效应校正(OPC，有时也被称为“光学和过程校正”)的设计布局的各种优化，或通常被定义为“分辨率增强技术”(RET)的其它方法。或者，用于控制光刻设备的稳定性的严格控制回路可以用于改善在低k1下的图案的再现。
在光刻过程中，期望频繁地对所创造的结构进行测量，例如，用于过程控制和验证。用于进行这样的测量的各种工具是众所周知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的量测设备(诸如，散射仪)。参考这样的工具的泛称可以是量测设备或检查设备。
量测装置可以将以计算方式获取的像差校正应用于由所述量测装置捕获的图像。对这些量测装置的描述提及使用相干照射并且获取与所述图像相关的场的相位作为用于以计算方式进行的校正方法的基础。相干成像具有若干挑战，并且因此将会期望在这种装置中(在空间上)使用不相干辐射。
发明内容
在权利要求中和具体描述式中披露了本发明的实施例。
在本发明的第一方面中，提供一种利用具有至少一个波长的照射辐射来测量衬底上的周期性结构的方法，所述周期性结构具有至少一个间距，所述方法包括：基于所述间距与所述波长的比率来配置成下各项中的一个或更多个：照射孔轮廓，所述照射孔轮廓包括傅里叶空间中的一个或更多个照射区；用于测量的所述周期性结构的取向；以及检测孔轮廓，所述检测孔轮廓包括傅里叶空间中的一个或更多个分离的检测区；使得：i)在所述检测孔轮廓内捕获至少一对互补衍射阶的衍射辐射，和ii)所述衍射辐射填充所述一个或更多个分离的检测区的至少80％；以及在应用照射孔轮廓、检测孔轮廓和所述周期性结构的取向中的经配置的一个或更多个的同时，测量所述周期性结构。
在本发明的第二方面中，提供一种用于测量衬底上的周期性结构的量测装置，所述量测装置包括：检测孔轮廓，所述检测孔轮廓包括傅里叶空间中的一个或更多个分离的检测区；和照射孔轮廓，所述照射孔轮廓包括傅里叶空间中的一个或更多个照射区；其中，能够基于所述周期性结构的至少一个间距与用于测量所述周期性结构的照射辐射的至少一个波长的比率来配置所述检测孔轮廓、所述照射孔轮廓、以及包括正在被测量的周期性结构的衬底的衬底取向中的一项或更多项，使得：i)在所述检测孔轮廓内捕获至少一对互补衍射阶，以及ii)所述一对互补衍射阶的辐射填充所述一个或更多个分离的检测区的至少80％。
在另一方面中，提供一种用于利用具有至少一个波长的照射辐射来测量位于衬底上且具有至少一个周期性间距的周期性结构的量测装置，所述量测装置包括：照射孔轮廓；和可配置的检测孔轮廓和/或衬底取向，其基于所述照射孔轮廓以及所述间距与所述波长的比率而能够配置用于测量，使得在所述检测孔轮廓内捕获至少一对互补衍射阶。
在另一方面中，提供一种用于利用具有至少一个波长的照射辐射来测量位于衬底上且具有至少一个周期性间距的周期性结构的量测装置，所述量测装置包括：用于保持所述衬底的衬底支撑件，所述衬底支撑件能够围绕其光轴旋转，所述量测装置能够操作以通过根据间距与波长的所述比率使所述衬底围绕所述光轴旋转来优化照射孔轮廓。
附图说明
现在将参考随附示意性附图而仅通过示例来描述本发明的实施例，在所述附图中：
-图1描绘光刻设备的示意性概略图；
-图2描绘光刻单元的示意性概略图；
-图3描绘整体光刻的示意性图示，其表示用以优化半导体制造的三种关键技术之间的协作；
-图4是散射测量设备的示意性图示；
-图5包括：(a)用于使用第一对照射孔根据本发明的实施例来测量目标的暗场散射仪的示意图；(b)针对给定照射方向的目标光栅的衍射光谱的细节；(c)在使用散射仪以供用于基于衍射的重叠(DBO)测量时提供其它照射模式的第二对照射孔；以及(d)将第一对孔与第二对孔组合的第三对照射孔；
-图6包括用于测量根据本发明的实施例的目标的量测装置的示意图；
-图7图示：(a)根据第一实施例的第一照射光瞳和检测光瞳轮廓；(b)根据第二实施例的第二照射光瞳和检测光瞳轮廓；以及(c)根据第三实施例的第三照射光瞳和检测光瞳轮廓；
-图8图示根据本发明的实施例的用于以下两种布置的照射光瞳和检测光瞳轮廓，所述两种布置即：(a)无晶片旋转的布置；和(b)具有六个连续λ/P比率的晶片旋转的布置；
-图9是根据实施例的用于针对X目标和Y目标利用不同的照射条件获得照射轮廓的布置的示意性图示；
-图10(a)至图10(c)图示用于实现这些被过填充的检测NA的三个所提出的照射布置；
-图11图示用以单独地对每个所捕获衍射阶进行成像的8部分楔构思；
-图12图示8部分楔构思的另一实施例；
-图13图示能够在本发明的实施例中使用的特定照射NA和检测NA；
-图14图示能够在本发明的实施例中使用的另一特定照射NA和检测NA；
-图15是根据第一实施例的用于配置照射和检测NA两者的布置的示意性图示；
-图16是可以用于代替图15的光楔的光学元件的示意性；
-图17是可以用于代替图15的光楔的另外的光学元件的示意图；
-图18是根据第二实施例的用于配置照射和检测NA两者的布置的示意性图示；
-图19是根据第三实施例的用于配置照射和检测NA两者的布置的示意性图示；以及
-图20描绘用于控制如本文中所披露的系统和/或方法的计算机系统的框图。
具体实施方式
在本文件中，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(例如具有为365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和EUV(极紫外辐射，例如具有在约5nm至100nm的范围内的波长)。
如本文中所使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以被广义地解释为是指可以用于向入射辐射束赋予被图案化的横截面的通用图案形成装置，所述被图案化的横截面对应于待在衬底的目标部分中产生的图案。在这样的情境下，也可以使用术语“光阀”。除经典掩模(透射或反射、二元、相移、混合式等)以外，其它这样的图案形成装置的示例包括可编程反射镜阵列和可编程LCD阵列。
图1示意性地描绘光刻设备LA。光刻设备LA包括：照射系统(也被称为照射器)IL，所述照射系统被配置成调节辐射束B(例如UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如掩模台)MT，所述掩模支撑件被构造成支撑图案形成装置(例如掩模)MA且连接至被配置成根据某些参数来准确地定位所述图案形成装置MA的第一定位器PM；衬底支撑件(例如晶片台)WT，所述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且连接至被配置成根据某些参数来准确地定位衬底支撑件的第二定位器PW；以及投影系统(例如折射型投影透镜系统)PS，所述投影系统被配置成将由图案形成装置MA赋予至辐射束B的图案投影至衬底W的目标部分C(例如包括一个或更多个管芯)上。
在操作中，照射系统IL例如经由束传递系统BD从辐射源SO接收辐射束。照射系统IL可以包括用于引导、成形和/或控制辐射的各种类型的光学部件，诸如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型和/或其它类型的光学部件，或其任何组合。照射器IL可以用于调节辐射束B，以在图案形成装置MA的平面处在其横截面中具有期望的空间和角强度分布。
本文中所使用的术语“投影系统”PS应被广义地解释为涵盖适于所使用的曝光辐射和/或适于诸如浸没液体的使用或真空的使用之类的其它因素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其任何组合。可以认为本文中对术语“投影透镜”的任何使用与更上位的术语“投影系统”PS同义。
光刻设备LA可以属于如下类型：其中衬底的至少一部分可以由具有相对较高折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充投影系统PS与衬底W之间的空间-其也被称为浸没光刻。在以引用方式并入本文中的US6952253中给出关于浸没技术的更多信息。
光刻设备LA也可以属于具有两个或更多个衬底支撑件WT(又称为“双平台”)的类型。在这样的“多平台”机器中，可以并行地使用衬底支撑件WT，和/或可以对位于衬底支撑件WT中的一个衬底支撑件上的衬底W进行准备衬底W的后续曝光的步骤，同时将另一衬底支撑件WT上的另一衬底W用于在另一衬底W上曝光图案。
除了衬底支撑件WT以外，光刻设备LA也可以包括测量平台。测量平台被布置以保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置以测量投影系统PS的性质或辐射束B的性质。测量平台保持多个传感器。清洁装置可以被布置以清洁光刻设备的部分，例如，投影系统PS的部分或提供浸没液体的系统的部分。测量平台可以在衬底支撑器WT远离投影系统PS时在投影系统PS下方移动。
在操作中，辐射束B入射到保持在掩模支撑件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)图案化。在已横穿掩模MA的情况下，辐射束B穿过投影系统PS，投影系统PS将所述束聚焦至衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置测量系统IF，可以准确地移动衬底支撑件WT，例如以便在聚焦且对准的位置处在辐射束B的路径中定位不同的目标部分C。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中明确地描绘的)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和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。虽然如所图示的衬底对准标记P1、P2占据专用目标部分，但所述标记可以位于目标部分之间的空间中。在衬底对准标记P1、P2位于目标部分C之间时，这些衬底对准标记称为划线对准标记。
如图2中示出的，光刻设备LA可以形成光刻单元LC(有时也被称为光刻元或光刻簇)的部分，所述光刻单元LC通常也包括用于对衬底W执行曝光前过程和曝光后过程的设备。常规地，这些包括沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、显影被曝光的抗蚀剂的显影器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。衬底输送装置或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底W、在不同过程设备之间移动衬底W且将衬底W传递至光刻设备LA的进料台LB。光刻单元中通常也统称为轨道或涂覆显影系统的装置通常处于轨道或涂覆显影系统控制单元TCU的控制下，所述轨道或涂覆显影系统控制单元TCU自身可以通过管理控制系统SCS控制，所述管理控制系统SCS也可以例如经由光刻控制单元LACU控制光刻设备LA。
为了正确且一致地曝光由光刻设备LA曝光的衬底W，期望检查衬底以测量被图案化的结构的性质，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。出于这种目的，可以在光刻单元LC中包括检查工具(未图示)。如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光或对待对衬底W执行的其它处理步骤进行例如调整，尤其是在同一批量或批次的其它衬底W仍待曝光或处理之前进行检查的情况下。
也可以被称为量测设备的检查设备用于确定衬底W的性质，并且具体地，确定不同衬底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在层与层间如何变化。检查设备替代地构造成识别衬底W上的缺陷，并且可以例如为光刻单元LC的部分，或可以集成至光刻设备LA中，或甚至可以是独立的装置。检查设备可以测量潜像(在曝光之后在抗蚀剂层中的图像)上的性质，或半潜像(在曝光后焙烤步骤PEB之后在抗蚀剂层中的图像)上的性质，或显影后的抗蚀剂图像(其中抗蚀剂的曝光部分或未曝光部分已被移除)上的性质，或甚至蚀刻后的图像(在诸如蚀刻的图案转印步骤之后)上的性质。
通常，光刻设备LA中的图案化过程是在处理中的最关键步骤之一，其需要衬底W上的结构的尺寸标定和放置的高准确度。为了确保这种高准确度，可以将三个系统组合于所谓的“整体”控制环境中，如图3中示意性地描绘的。这些系统中的一个系统是光刻设备LA，所述光刻设备(实际上)连接至量测工具MT(第二系统)且连接至计算机系统CL(第三系统)。这种“整体”环境的关键在于优化这三个系统之间的协作以增强总体过程窗口且提供严格控制回路，从而确保由光刻设备LA执行的图案化保持在过程窗口内。过程窗口限定过程参数(例如剂量、焦距、重叠)的范围，在所述过程参数范围内特定制造过程得到所限定的结果(例如功能半导体器件)-通常在所述过程参数范围内，光刻过程或图案化过程中的过程参数被允许变化。
计算机系统CL可以使用待图案化的设计布局(的部分)，以预测使用哪种分辨率增强技术且执行计算光刻模拟和计算以确定哪种掩模布局和光刻设备设置实现图案化过程的最大总体过程窗口(在图3中由第一标尺SC1中的双箭头描绘)。通常，分辨率增强技术被布置以匹配光刻设备LA的图案化可能性。计算机系统CL也可以用于检测在过程窗口内何处光刻设备LA当前正操作(例如使用来自量测工具MT的输入)以便预测由于例如次优处理是否可以存在缺陷(在图3中由第二标尺SC2中的指向“0”的箭头描绘)。
量测工具MET可以将输入提供至计算机系统CL以实现准确模拟和预测，并且可以将反馈提供至光刻设备LA以识别例如光刻设备LA的校准状态中的可能漂移(在图3中由第三标尺SC3中的多个箭头描绘)。
在光刻过程中，期望频繁地对所创造的结构进行测量，例如，用于过程控制和验证。用于进行这样的测量的各种工具是众所周知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的量测设备(诸如，散射仪)。已知散射仪的示例常常依赖于专用量测目标的提供，诸如，欠填充的目标(呈简单光栅或不同层中的叠置光栅的形式的目标，其足够大使得测量束产生小于光栅的斑)或过填充的目标(从而照射斑部分或完全包含所述目标)。此外，使用例如照射欠填充的目标(诸如光栅)的角分辨散射仪的量测工具允许使用所谓重构方法，其中光栅的性质可以通过模拟散射辐射与目标结构的数学模型的相互作用，以及将模拟结果与测量的结果进行比较来计算。调整所述模型的参数直到所模拟的相互作用产生类似于从真实目标观测的衍射图案的衍射图案为止。
散射仪是多功能仪器，其允许通过在光瞳或与散射仪的物镜的光瞳共轭的平面中具有传感器来测量光刻过程的参数，测量通常被称为基于光瞳的测量，或通过在像平面或与像平面共轭的平面中具有传感器来测量光刻过程的参数，在这种情况下测量通常被称为基于图像或场的测量。以全文引用的方式并入本文中的专利申请US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中进一步描述这样的散射仪和相关测量技术。前述散射仪可以在一个图像中使用来自软x射线和可见光至近IR波范围的光来测量来自多个光栅的多个目标。
在图4中描绘诸如散射仪的量测设备。其包括将辐射5投影于衬底W上的宽带(白光)辐射投影仪2。反射或散射辐射10传递至光谱仪检测器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的测量结果)。根据这种数据，产生所检测的光谱的结构或轮廓8可以由处理单元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库相比较来重构。通常，对于重构，结构的一般形式是已知的，并且根据用来制造结构的过程的知识来假定一些参数，从而仅留下结构的几个参数以从散射测量数据来确定的。这种散射仪可以被配置成正入射散射仪或斜入射散射仪。
在第一实施例中，散射仪MT是角分辨散射仪。在这样的散射仪中，重构方法可以应用于所测量的信号以重构或计算光栅的性质。这种重构可以例如由模拟散射辐射与目标结构的数学模型的相互作用且比较模拟结果与测量的结果引起。调整数学模型的参数直到所模拟的相互作用产生类似于从真实目标观测到的衍射图案的衍射图案为止。
在第二实施例中，散射仪MT是光谱散射仪MT。在这样的光谱散射仪MT中，由辐射源发射的辐射被引导至目标上且来自目标的反射或散射辐射被引导至光谱仪检测器上，所述光谱仪检测器测量镜面反射辐射的光谱(即作为波长的函数的强度的测量结果)。根据这种数据，可以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库比较来重构产生所检测的光谱的目标的结构或轮廓。
在第三实施例中，散射仪MT是椭圆测量散射仪。椭圆测量散射仪允许通过测量针对每个偏振状态的散射辐射来确定光刻过程的参数。这种量测设备通过在量测设备的照射区段中使用例如适当的偏振滤波器来发射偏振光(诸如线性、环状或椭圆)。适于量测设备的源也可以提供偏振辐射。以全文引用的方式并入本文中的美国专利申请11/451,599、11/708,678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110和13/891,410中描述现有椭圆测量散射仪的各个实施例。
在散射仪MT的一个实施例中，散射仪MT适用于通过测量反射光谱和/或检测配置中的不对称性(所述不对称性与重叠的范围有关)来测量两个未对准光栅或周期性结构的重叠。两个(通常叠置)光栅结构可以被施加于两个不同层(不必是连续层)中，并且可以形成为处于晶片上大致相同的位置。散射仪可以具有如例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，以使得任何不对称性可以清楚地识别。这提供用于测量光栅中的未对准的直接方式。可以在全文以引用方式并入本文中的PCT专利申请公布号WO2011/012624或美国专利申请号US 20160161863中找到关于包含作为目标的周期性结构的两个层之间的重叠误差经由所述周期性结构的不对称性来测量的另外的示例。
其它所关注的参数可以是焦距和剂量。可以通过如全文以引用方式并入本文中的美国专利申请US2011-0249244中所描述的散射测量(或替代地通过扫描电子显微法)同时确定焦距和剂量。可以使用具有针对焦距能量矩阵(FEM--也被称为焦距曝光矩阵)中的每个点的临界尺寸和侧壁角测量的独特组合的单个结构。如果可以得到临界尺寸和侧壁角的这些独特组合，则可以根据这些测量唯一地确定焦距和剂量。
量测目标可以是通过光刻过程主要在抗蚀剂中形成且也在例如蚀刻过程之后形成的复合光栅的总体。通常，光栅中的结构的间距和线宽很大程度上依赖于测量光学器件(尤其是光学器件的NA)以能够捕获来自量测目标的衍射阶。如较早所指示的，衍射信号可以用于确定两个层之间的移位(也被称为“重叠”)或可以用于重构如通过光刻过程所产生的原始光栅的至少一部分。这种重构可以用于提供光刻过程的品质指导，并且可以用于控制光刻过程的至少一部分。目标可以具有被配置成模仿目标中的设计布局的功能性部分的尺寸的较小子分段。由于这种子分段，目标将表现得更类似于设计布局的功能性部分，使得总体过程参数测量优选类似于设计布局的功能性部分。可以在欠填充模式下或在过填充模式下测量目标。在欠填充模式下，测量束产生小于总体目标的斑。在过填充模式下，测量束产生大于总体目标的斑。在这样的过填充模式中，也可能同时测量不同的目标，因此同时确定不同处理参数。
使用特定目标进行的光刻参数的总体测量品质至少部分地通过用于测量这种光刻参数的测量选配方案来确定。术语“衬底测量选配方案”可以包括测量自身的一个或更多个参数、所测量的一个或更多个图案的一个或更多个参数，或这两者。例如，如果用于衬底测量选配方案中的测量是基于衍射的光学测量，则测量的参数中的一个或更多个可以包括辐射的波长、辐射的偏振、辐射相对于衬底的入射角、辐射相对于衬底上的图案的定向等。用于选择测量选配方案的准则之一可以例如为测量参数中的一个测量参数对于处理变化的敏感度。在全文以引用方式并入本文中的美国专利申请US2016-0161863和已公开的美国专利申请US 2016/0370717A1中描述更多示例。
图5(a)呈现量测设备且更具体地暗场散射仪的实施例。图5的(b)中更详细地图示目标T和用于照射所述目标的测量辐射的衍射射线。所图示的量测设备属于被称为暗场量测设备的类型。量测设备可以是单独的装置，或并入于(例如)测量站处的光刻设备LA中或光刻单元LC中。在整个设备中具有若干分支的光轴由点线O表示。在这样的设备中，由源11(例如氙气灯)发射的光由包括透镜12、14和物镜16的光学系统经由分束器15而引导至衬底W上。这些透镜被布置成以4F布置的双重序列。可以使用不同透镜布置，条件是所述透镜布置仍将衬底图像提供至检测器上，并且同时允许存访问即通往中间光瞳平面以用于空间频率滤波。因此，可以通过在呈现衬底平面的空间光谱的平面(这里被称为(共轭)光瞳平面)中限定空间强度分布来选择辐射入射到衬底上的角度范围。具体地，可以通过在为物镜光瞳平面的背向投影图像的平面中在透镜12与14之间插入适合的形式的孔板13来进行这种选择。在所图示的示例中，孔板13具有不同的形式(被标注为13N和13S)，从而允许选择不同的照射模式。本示例中的照射系统形成离轴照射模式。在第一照射模式中，孔板13N从仅出于描述起见而被指定为“北”的方向提供离轴照射。在第二照射模式中，孔板13S是用于提供类似照射，但提供来自被标注为“南”的相反的方向的照射。通过使用不同的孔，其它照射模式是可能的。光瞳平面的其余部分期望地是暗的，这是因是在期望的照射模式之外的任何不必要的光将干涉期望的测量信号。
如图5(b)中示出的，在衬底W垂直于物镜16的光轴O的情况下放置目标T。衬底W可以通过支撑件(图中未示出)支撑。与轴O成角度而照射到目标结构T上的测量辐射的射线I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)。应记住，在利用过填充的小目标的情况下，这些射线仅仅是覆盖包括量测目标T和其它特征的衬底区域的许多平行射线中的一条射线。由于板13中的孔具有有限的宽度(接收有用量的光所必要的)，因此入射射线I实际上将占据一角度范围，并且衍射射线0和+1/-1将稍微散开。根据小目标的点扩散函数，每个阶+1和-1将在角度范围上进一步散布，而不是如所示出的单条理想射线。应注意，可以设计或调整目标结构的光栅间距和照射角度，使得进入物镜的一阶射线与中心光轴紧密地对准。图5(a)和图3(b)中所图示的射线示出为略微离轴，以仅地使其能够在图中较容易地被区分。
由衬底W上的目标T衍射的第一阶中的至少一个第一阶由物镜16收集，并且被返回引导穿过分束器15。返回至图5(a)，通过指明标注为北(N)和南(S)的完全相对的孔来图示第一照射模式和第二照射模式两者。在测量辐射的入射射线I来自光轴的北侧时，即，在使用孔板13N来应用第一照射模式时，标记为+1(N)的+1衍射射线进入物镜16。与此对比，当使用孔板13S来应用第二照射模式时，-1衍射射线(被标注为-1(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)。每个衍射阶射中传感器上的不同点，使得图像处理可以比较和对比若干阶。由传感器19捕获的光瞳平面图像可以用于聚焦量测设备和/或归一化一阶束的强度测量结果。光瞳平面图像也可以用于诸如重构之类的许多测量目的。
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T的图像。在第二测量分支中，在与光瞳平面共轭的平面中提供第二孔径光阑21。孔径光阑21用于阻挡零阶衍射束，使得形成在传感器23上的目标的图像是仅由-1或+1阶束形成。由传感器19和23捕获的图像被输出至处理图像的处理器PU，所述处理器PU的功能将依赖于正在被执行的测量的特定类型。应注意，在广义上使用术语“图像”。由此，如果仅存在-1阶和+1阶中的一个，则将不形成光栅线的图像。
图5中示出的孔板13和场光阑21的特定形式仅地为示例。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的孔径光阑以将大致仅一个一阶衍射光传递至传感器。在又一其它实施例中，代替一阶束或除了一阶束以外，在测量中也可以使用2阶束、3阶束和更高阶束(图5中未示出)。
为了使测量辐射可以适应于这些不同类型的测量，孔板13可以包括围绕圆盘而形成的一定数目个孔图案，所述圆盘旋转以使期望的图案处于适当的位置。应注意，孔板13N或13S可以仅用于测量在一个方向(依赖于设置而是X或Y)上定向的光栅。为了测量正交光栅，可以实施达90°和270°的目标旋转。图5(c)和图5(d)中示出不同的孔板。上文提及的先前已公开申请中描述这些孔板的使用于及设备的许多其它变化和应用。
刚刚描述的量测工具需要低像差(例如用于良好机器对机器匹配)和大波长范围(例如以支持大应用范围)。机器对机器匹配(至少部分)取决于(显微镜)足够小的物镜的像差变化，即一种具有挑战性且不必始终满足的要求。这也暗示了基本上不可能在不使光学像差变差的情况下放大波长范围。此外，物品成本、工具的容积和/或质量大致借助于通过提供多传感器以同时地测量同一晶片而实现的并行化来限制增大晶片取样密度(每晶片更多点、每批次更多晶片)的可能性。
为解决这些问题中的至少一些，在以引用的方式并入本文中的美国专利公布US2019/0107781中描述采用计算成像/相位获取方法的量测设备。这种量测装置可以使用相对简单的传感器光学器件，其具有普通的或甚至相对平庸的像差性能。这样，可以允许传感器光学器件具有像差，并且因此产生相对有像差的图像。当然，除非做出一些事来补偿这些光学像差的影响，否则简单地允许在传感器光学器件内的较大像差将对图像品质产生不可接受的影响。因此，使用计算成像技术来补偿对传感器光学器件内的像差性能的放宽的负面影响。
在这个方法中，从目标的一个或更多个强度测量结果获取目标的强度和相位。相位获取可以使用量测目标的先前信息(例如，以被包括在形成起点以导出/设计相位获取算法的损失函数中)。替代地，或结合先前信息方法，可以进行分集测量。为了实现分集，在所述测量之间稍微变更成像系统。分集测量的示例是跨焦步进，即，通过在不同聚焦位置处获得测量结果。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波长范围，调节照射，或在测量之间改变目标上的照射的入射角。相位获取自身可以基于前述US2019/0107781中或专利申请EP3480554(也以引用方式并入本文中)中所描述的内容。这种描述了从强度测量确定对应的相位获取，使得依据目标的电场或复合场(“复合”在这里意味着存在振幅和相位信息两者)来描述目标与照射辐射的相互作用。强度测量可以属于比常规量测中所使用的所述强度测量更低的品质，并且因此可以是如所描述的离焦。所描述的相互作用可以包括目标正上方的电场和/或磁场的表示。在这种实施例中，借助于在与目标平行的平面中的(例如，二维)表面上的无限小电流和/或磁流偶极，被照射的目标电场和/或磁场图像被建模为等效来源描述。这种平面可以例如为目标正上方的平面，例如，根据瑞利(Rayleigh)准则聚焦对准的平面，但模型平面的位置不关键：一旦一个平面处的振幅和相位是已知的，则其可以以计算方式被传播至任何其它平面(焦点对准、离焦或甚至光瞳平面)。替代地，描述可以包括目标或其二维等效物的复合传输。
相位获取可以包括对照射辐射与目标之间的相互作用对衍射辐射的影响进行建模以获得所建模的强度图案；并且优化模型内的电场的相位和振幅以便最小化所建模的强度图案与所检测的强度图案之间的差异。更特别地，在测量获取期间，在检测器上(在检测平面处)捕获图像(例如，目标的图像)，并且测量其强度。使用相位获取算法来确定在例如与目标平行(例如，目标正上方)的平面处的电场的振幅和相位。相位获取算法使用传感器之前向模型(例如考虑像差)而以计算方式使目标成像，以获得检测平面处的场的强度和相位的建模值。不需要目标模型。所建模的强度值与所检测的强度值之间的差在相位和振幅方面(例如，反复地)被最小化，并且将得到的对应的所建模的相位值视为所获取的相位。也以引用方式并入本文中的PCT申请PCT/EP2019/052658中描述了用于在量测应用中使用复合场的具体方法。
然而，诸如描述于上述公布中的基于照射计算成像的量测传感器(主要地)被设计应用与空间相干的、或部分地空间相干的辐射一起使用。这导致以下缺点：
·光学串扰性能受到(部分)相干点扩散函数实质上大于(近)非相干点扩散函数的事实的严重影响。这由于相邻客户结构中的变化对量测目标的所测量的强度不对称性(例如，从其推断重叠或焦距)的影响而限制过程变化性能。也注意，对于给定的相同检测NA，非相干分辨率(限制)与相干分辨率(限制)相比良好且为两倍，这(从不同但相关角度来看)也有益于降低光学串扰。
·需要(迭代)相位获取，这需要大量计算硬件，这增大了量测传感器的物品的整体成本。相位获取也是基于多个分集测量，以提供用以获取相位所必需的必要信息。据估计，实际地讲，需要2至10个分集测量，从而增大传感器采集时间和/或复杂度。例如，可以通过在多个聚焦水平连续地执行测量来获得分集。因此获得逐步散焦图像是较慢的，导致了较慢的测量速度以及较低的吞吐量。简单计算展示了这种情况。假定针对4个(角度)方向和5个(顺序地捕获的)波长的每个组合采集5个跨焦即离焦图像，并且捕获每个图像耗费1ms，则测量每个目标将花费约100ms。这不包括用于移动所述平台和切换波长所花费的时间。另外，相位获取计算(其典型地是迭代的)自身可以在计算上是密集的，并且花费很长时间来收敛得出解。
·因为对于基于受相干照射的计算成像的量测传感器，检测NA(数值孔径)大于照射NA，则需要具有针对x目标和y目标允许对于+1和-1衍射阶的顺序测量(因此，在四个照射模式之间切换的能力)的可切换照射器。特别是，暗场成像需要这种可切换照射器，这是因为+1和-1衍射阶的图像可以最终针对特定λ/P比率被定位在彼此顶部上即彼此叠置。对于期望的λ/P比率范围，具有一个(低NA)相干照射器和四个(大NA)检测光瞳的替代方案(将不会需要可切换照射器)不适用于k空间/光瞳空间/傅里叶空间/立体角空间(术语可以被同义地使用)。这增大照射的物品的体积和成本、和复杂度，如果希望使多个传感器并行工作以增加晶片取样密度则这是缺点。+1和-1衍射阶的这种顺序测量的额外缺点在于传感器对于所述照射源的(空间平均)时间剂量变化是不敏感的。
为解决这些问题，提出使用基于受到空间非相干或紧密近似(或至少多模)照射的计算成像的量测传感器。这种量测传感器可以是例如用于对于不对称性和从其导出的诸如重叠和焦距之类的参数的测量的暗场量测传感器。对于剩余描述的，术语“非相干照射”将用于描述空间不相干的照射或其紧密近似值。
存在两个条件/假定，其中在所述条件/假定下，单色图像形成可以被假定为空间不相干的；这两种条件/假定是：
其中kx、ky是光瞳空间(k空间)中的x和y参数，
指示物体(纯量即标量)电场函数O(x，y)的角度频谱表示，λ是波长，
dkx，dky指示了Kohler类型照射光瞳上的积分
并且δ指示Dirac变量函数即狄拉克Δ函数。应注意，实际上，所述照射空间相干性长度(例如，被表达为在目标附近或在检测器附近)将大于零，即，照射器不是理想Kohler类型，但上文假定仍有效/使得在所述情况下也产生(近)空间非相干图像形式的计算模型。应注意，在非单色照射的情况下，这种非相干成像形式化即形成机制的扩展在目标响应不(显著地)取决于波长的第三假设下是可能的。
为了辅助对于空间非相干照射的实施，虽然抑制来自重叠和/或聚焦目标附近的结构(具有不同周期性间距)的光学串扰(例如)，但提议一种优化的照射布置，其中取决于照射波长λ(其中λ等于中心波长，例如在不是较小的照射带宽的情况下)与目标间距P的λ/P比率来选择所述照射光瞳的位置，以便确保一对互补的较高阶衍射(例如，+1阶和-1阶)在光瞳空间(k空间)中与(例如，固定的)检测孔轮廓一致/相符。在实施例中，照射NA被设置为等于或(例如稍微)大于检测NA。例如，稍微大于可以是大于达到5％、大于达到10％、大于达到15％或大于达到20％。在可选实施例中，所述光瞳空间可以由两对衍射阶(并且因此两个入射照射角度方向)共享，每个方向的一对能够实现X和Y中的同时检测。应注意，虽然本文中的教导对非相干系统具有特别适用性(由于这些系统的较大照射NA)，但不限于此，并且本文中所披露的构思适用于相干系统和部分系统或近相干系统。
维持所述检测孔轮廓固定可以简化光学设计。然而，替代性实施方式可以包括：固定所述照射孔轮廓，以及根据相同要求来配置所述检测孔轮廓。另外，照射和检测孔轮廓两者可以是可配置的以调适照射和检测光瞳部位两者，以便维持衍射阶与检测光瞳的部位一致/相符。
在本公开的情境下，一对互补衍射阶可以包括例如具有相同阶的衍射阶(例如，+1阶和-1阶)的任何较高(即，非零)阶对。所述一对互补衍射阶可以源自来自实质上不同方向(例如，相反的方向)的两个单独的照射，例如来自第一照射方向的照射的-1衍射阶，以及来自第二照射方向的照射的+1衍射阶。替代地，所述一对互补衍射阶可以源自单个照射束，使得根据检测孔轮廓和波长/间距组合来配置所述照射孔轮廓、和/或周期性结构的取向捕获了源自这种单照射束的-1和+1衍射阶两者。
使用空间非相干照射(或紧密近似)的额外益处在于，其能够实现使用例如具有有限带宽的扩展源的可能性；类激光源的使用不是必选的/强制性的，这是因为，实际上讲，其将会用于空间相干照射。
针对X目标或Y目标中的任一目标(或两者)同时地测量+1和-1衍射阶两者具有以下益处：强度噪声和波长噪声(例如模态跳变)的影响更易于被抑制，并且极其可能被更好地抑制。
图6是根据实施例的这种量测工具的示意性图示。应注意，这是简化表示，并且所披露的构思可以例如实施于诸如图5(也为简化表示)中所图示的量测工具中。
可以是扩展的和/或多波长源的照射源SO提供源照射SI(例如，经由多模光纤MF)。例如这里由透镜L1、L2和物镜OL表示的光学系统包括空间滤波器或掩模SF，其被定位在所述物镜OL的光瞳平面(傅里叶平面)中(或提供至这种光瞳平面以供用于滤光的通道或访问)。所述光学系统将经滤光的源照射SIF投影并且聚焦于衬底S上的目标T上。如此，提供了可配置的照射轮廓，使得照射光瞳NA和位置由滤波器SF来限定。衍射辐射+1、-1由检测反射镜DM和透镜L3引导至相机/检测器DET(其可以包括每衍射阶的一个相机，或包括单个相机或任何其它布置)。如此，由检测反射镜DM的区域和位置来限定检测光瞳NA和位置。
在这种布置中，检测反射镜且因此检测光瞳可能具有固定大小(NA)和位置(因为这在实体上是较实用的)。如此，提出根据特定目标间距(或严格地说且相对地，当照射波长可以变化时)波长与间距比率λ/P，所述照射光瞳轮廓是可配置的。所述照射轮廓的可配置性使得衍射辐射(例如，+1和-1衍射阶)与检测反射镜对准且实质上由检测反射镜捕获(例如，每个反射镜一阶)；即+1和-1衍射阶的位置对应于光瞳空间中由检测反射镜所限定的检测光瞳，并且与所述检测光瞳对准。
在实施例中，+1和-1阶的叠置/对准可以使得所述多个阶中的一个阶的全部与由一个或更多个、或两个或更多个分离的检测区所限定(例如，并且由所述检测反射镜或其它检测光学元件所捕获)的所述检测光瞳中的一个检测光瞳交叠。在其它实施例中，其可以是：+1和-1阶的至少95％、至少90％、至少80％或至少70％交叠，或填充由一个或更多个、或两个或更多个分离的检测区所限定(例如，并且由所述检测反射镜捕获)的所述检测光瞳。在其它布置中，相关范围＞＝1％或＞＝10％。假定物镜NA是1，并且使用几乎全开照射轮廓(参见图7(c))，则1％将会对应于大致0.10[正弦角]的检测NA。具有特定相关性的是，检测区中的每个检测区很大程度上填充有对应的衍射阶(假定无限大目标，使得衍射阶在角度空间中(即在检测光瞳空间中)形成狄拉克Δ函数)。这类似于上文的方程式中的Kohler照射器的总和。期望存在可以传播的所有角度。由于角度空间限于1[正弦角](即，90度的角度)，因此不可能从-∞至+∞相加(这从数学(空间相干性)视角来看将会是理想的)。
如此，所述方法可以提供用于基于波长/间距组合来配置照射孔轮廓和/或所述周期性结构的取向，使得至少一对互补衍射阶的辐射填充一个或更多个分离的检测区的至少80％、85％、90％或95％。在实施例中，这种配置可以使得至少一对互补衍射阶的辐射填充所述一个或更多个分离的检测区的至少100％。
应了解，不必将检测孔轮廓和照射孔轮廓分别形成为所述照射光瞳平面和所述检测光瞳平面中的实体孔。所述孔也可以设置在其它部位处，使得当这些孔被传播至照射光瞳平面和检测光瞳平面时，它们分别提供所述检测孔轮廓和所述照射孔轮廓。
多个单独的照射区中的每个照射区可以对应于所述一个或更多个检测区中的相应的检测区。每个照射区可以与其对应的检测区相比大小相同或更大；例如，每个照射区可以是与其对应的检测区相比更大至多30％。单个照射区可以包括除了用于检测孔轮廓的傅里叶空间、以及介于照射孔轮廓与检测孔轮廓之间的边界部之外的可用傅里叶空间。
可以通过酌情选择特定空间滤波器SF来实现所述照射光瞳轮廓的可配置性。例如，滤波器可以用人工的方式插入或安装至滤光片转盘即滤光轮。其它滤波选项包括设置空间光调制器SLM或数字微镜装置DMD来代替空间滤波器SF，或甚至设置空间可配置光源，其中可以直接地配置其照射轮廓。可以使用用于获得和/或配置所需的照射轮廓的任何这样的方法或任何其它方法。所述照射孔轮廓可以包括傅里叶空间中的一个或更多个照射区；例如，用于在两个实质上不同的角度方向(例如，两个相反的方向)上照射所述周期性结构的两个照射区、或用于每目标方向在两个实质上不同的角度方向(例如，两个相反的方向)上照射所述周期性结构的四个照射区。
图7(a)图示一配置，其中所述检测光瞳DP包括四个检测光瞳区DPR(例如，如由四个检测反射镜所限定)，这四个检测光瞳区可以被配置用于针对X目标和Y目标同时地测量正和负衍射阶信息。如此，所述照射光瞳IP包括四个照射区ILR，用以根据X和Y取向在两个相反(角度)定向中照射目标，并且根据λ/P比率而被配置，使得所得到的四个第一衍射阶(即，每方向的+1、-1阶，每照射区ILR捕获的一个阶)每个第一衍射阶在k空间(也被称为傅里叶空间或角度空间)中与相应的检测光瞳区DPR一致，并且因此由相应的检测反射镜捕获。如已知的，所述照射光瞳区不应在光瞳空间中与所述检测光瞳区交叠(即，所述光瞳被划分成排它性的照射区和检测区，虽然一些空间可以并不是这两者)。在图7(b)中图示的替代实施例中，所述检测光瞳DP仅具有两个检测光瞳区DPR(例如，两个检测反射镜)，其具有允许增大的检测NA(其减小光学串扰)的益处。如此，所述照射轮廓也具有两个照射区ILR，以在两个相反(角度)方向上照射所述目标。然而，这将会意味着X和Y上的单独测量。
借助于具体示例，检测NA和照射NA每个都可以包括(例如，在图7(a)的示例中)：4×NA＝0.18至0.23。例如，检测NA和照射NA每个都可以包括4×NA＝0.21。应注意，在每种情况下，所述照射NA可以等于、或(例如稍微)大于检测NA。在图7(b)示例中，检测NA可以(例如)是2×NA＝0.23至0.27(例如，2×NA＝0.25)，其利用相对应地更大的照射NA(例如，其仍可能更大，例如2×NA＝0.3)。照射NA可以使得其针对+1、-1检测阶过填充所述检测NA。过填充在这种情境下意味着对于具有无限大小的目标，衍射阶在检测光瞳平面中形成狄拉克δ脉冲。实际上，当然，目标必须具有有限大小(例如，10μm×10μm)，因此衍射阶的能量在光瞳空间中向外扩展。正因为这样，增大所述照射器以具有比检测NA更大的NA可以具有优点在于：可以帮助成像变得更接近于非相干极值。在这个方面，应注意到上文所描述的用于其中单色成像可被假定为空间非相干的两个条件/假设的方程式；即，其中空间相互相干函数塌陷至狄拉克Δ函数，从而允许在无需目标的相位信息的情况下计算图像形成。
图7(c)图示了排除对于可配置的/可编程的照射器的需求的另一照射布置。在这种实施例中，照射区ILR包括大多数可用k空间；例如，除检测光瞳区DPR以及其间的边界部M之外的所有空间，以避免来自目标和/或周围结构的镜面反射(零阶)的光学串扰。为了更好地图示这种边界部，附图示出重叠后的照射光瞳和检测光瞳的IP+DP。在这样的特定示例中，这种边界部具有等于0.08正弦角的宽度，但可以例如处于0.05至0.12、0.05至0.1或0.07至0.09的范围内。这种经填充的照射轮廓可以具有大于0.9、或例如大于0.92的NA。这种经填充的照射轮廓可以与单方向检测光瞳(两个检测光瞳区)一起使用，如图7(b)中所示。
其中照射NA和检测NA两者大小和位置固定、而同时针对不同λ/p比率仍具有经优化照射的这种配置能够实现较小传感器体积、质量和物品成本。这在并行使用多个这些传感器以提高测量速度和/或晶片取样密度(即，用以测量来自一批次的所有/较多晶片，和/或每晶片的较多个量测目标)的情况下是重要的。
具有等于或稍微大于检测NA的照射NA可以被示出为从实用视角来看足以用于使得所得到的成像形成接近于空间不相干的成像形成；例如，达到可以用计算方式使用非相干成像模型来准确地计算/预测所检测相机图像的程度。例如，相关的有关论述可以在以引用的方式而被合并入本文中的J.Goodman的书“Statistical Optics”的章节7.2和方程式7.2-61中(ISBN 1119009456、9781119009450)中找到。能够以这种方式计算/预测所检测的相机图像允许经由反卷积(例如，类Wiener)校正检测光学器件像差，其具有计算便宜的益处。以这种方式，完整向量问题可以被拆分成两个纯量问题。如果所述像差使得MTF(调制转换函数)中存在零，则可以使用正则化(诸如，L1总变化正则化)来应对这些零。在上述EP3480554中描述这些正则化。
对于非相干传感器，调制传递函数(MTF)是倾斜的，这意味着所测量的信息的信噪比(S/N比)取决于构成目标的空间频率。为了最大化所得到的重叠(和/或焦距)推论的S/N比，优选地不过度放大具有不良S/N的空间频率分量。因此，所提出的反卷积运算不应使得有效MTF再次平坦，这是因为那种情况将导致次优的重叠S/N比。S/N比与反卷积增益的最优平衡(针对每个空间频率分量)可以产生Wiener滤波器(这是因为那种情况恰好如此)；并且因此产生类“Wiener”的反卷积。
一旦被捕获，则相机图像就可以被处理以推断所关注的参数，例如重叠。对图像执行的一些处理操作或运算可以包括例如以下项中的一个或更多个：边缘检测、强度估计、周期性拟合(如果存在于图像中)。所有这些操作或运算可以(部分地)书写为卷积运算(或多个卷积的随后级联)，例如所关注的区的核以加权像素以供用于强度估计。校正核可以与所有这些操作或运算组合。这种方法也使得像差校正操作或运算有可能被形成为取决于场位置。这种方式可以不仅校正场像差，而且也校正光瞳像差。
对于清晰图像Iclean和原始测量结果Iraw，操作流程的示例可以如下：
Iclean＝Iraw*K
其中K指示校正核，并且*指示卷积算子。其中利用所关注的区核(ROI核)R来处理清晰和原始图像，则：
Iclean*R＝Iraw*(K*R)
可以例如在测量工作开始时在临界测量路径范围之外计算所述校正核(K)和其它数学运算的核(例如ROI核R)的卷积。这也是针对所有测量而言通用的，因此需要针对每个数学运算完成仅一次。这种方法很可能是更具时效得多的，则利用所述校正核对每个所采集图像进行卷积。
在实施例中，校正卷积核可以与卷积神经网络组合。例如，可以使用包括一个或许多层的卷积神经网络来实施对所述卷积(或其功能性)的评估(例如，像差校正、PSF重新整形以及ROI选择卷积)。这意味着具有大覆盖区核的一个卷积可以被分解成具有较小占据大小的核的多个卷积。以这种方式，可以由神经网络实施/覆盖像差的场依赖性。
额外的可能性是包括(一种形式的)波前编码，以增大(例如)可用聚焦范围和/或以优化一个或更多个其它方面的性能。这涵盖了在传感器光学器件中有意引入可以由计算像差校正而进行校正的(所设计的)像差。这减小对于聚焦变化的灵敏度，并且因此有效地增大可用聚焦范围。例如，以下参考论文包括更多细节，并且以引用的方式而被合并入本文中：Dowski Jr、Edward R.和Kenneth S.Kubala的“Modeling of wavefront-codedimaging systems”。在2002年国际光学与光子学学会(International Society forOptics and Photonics)第4736卷第116-126页的视觉信息处理XI(Visual InformationProcessing XI)中。
额外的可能性可以包括借助于变迹法(其可以在硬件、软件或其混合中实施)来重新整形(近)非相干点扩散函数(PSF)形状。像差传感器产生某一有像差的PSF。借助于像差校正，PSF可以被重新整形为具有理想/无像差传感器的所述PSF。另外，可以通过借助于应用变迹法对得到的PSF的旁瓣加以抑制来进一步减少光学串扰。借助于具体示例，可以应用计算变迹法，使得所得到的PSF近似于(径向)Hanning开窗函数的形状。
(例如用于像差校正的)另一图像校正技术可以基于残余误差。存在若干方法以校正这种误差，例如：
·可以通过测量处于0和180度旋转下的目标来确定残余误差的一部分。这捕获所述光学器件的不平衡性，但并不完全地捕获类似串扰的效应。
·可以通过成像处于不同XY移位下的目标来捕获依赖于场的部件的残余误差。
·可以通过测量具有不同环境的测试目标来捕获串扰误差。
可以对于有限的目标集合确定这些残余误差校正，以减少对测量时间的影响。
对于一些基于衍射的重叠技术，目标可以在其多个层中的每个层中包括不同间距。在这样的情况中，检测NA应足够大，从而一个照射射线/位置能够实现检测/捕获间距两者的比重(这里应是在检测器/相机水平下在两个间距之间的相干干扰)。
还提出包括晶片围绕传感器的光轴的(例如，可编程的)旋转(或至少所述目标的围绕传感器的光轴的旋转)。这可以用于增大/最大化所述照射和/或检测NA，和/或增大可以被支持的λ/P比率(通过释放其它可用k空间)。替代地或另外地，这种旋转能力可以用于进一步抑制来自相邻结构的串扰，这是因为其将产生四个(或两个)照射光瞳相对于检测光瞳中的一个检测光瞳的不同部位。
在这种实施例中，因此，提出使用与晶片旋转相组合而受优化的照射和检测光瞳几何形状，其中照射几何形状(例如，如已描述的)和晶片旋转中的一者或两者取决于λ/P比率。
图8示出可如何将这种晶片旋转用于增大检测(和照射)NA和/或增大可用的λ/P比率的范围的示例。图8(a)示出无晶片旋转的布置(即，其为图7(a)的已叠置的照射和检测轮廓)。应注意，该章节中所描述的原理同等地适用于图7的照射和检测轮廓(例如，图7(b)或图7(c))中的任一个或本公开的范围内的任何其它布置。在无晶片旋转的情况下，对于固定的检测位置DPR，照射位置ILR针对增大的λ/P比率沿箭头移动。这意味着，在不显著地限制能够以其它方式用于照射和检测NA叠置的λ/P的情况下，检测和照射NA不会比所图示的(如由方框示出的)更大。具体地，许多中间比率(例如，对应于由箭头所指示的每个路径的中间部分，其中每个照射位置ILR接近于最近的检测区DPR)将会是不可用的。
图8(b)示出用于分别增大λ/P比率的六个连续照射轮廓((λ/P)1-(λ/P)6)，并且其中照射轮廓优化包括围绕所述光轴的晶片旋转(应注意，看起来像是所述传感器旋转，而不是附图中的晶片)。可以看出，照射和检测NA(对于同一给定整体NA)在图8(b)中是较大的，其中大小比较在图的顶部处示出，而照射和检测遍及整个λ/P比率的范围保持分离开。所述旋转可以仅用于一些λ/P比率，例如，用以增大给定NA/检测轮廓的范围。
也应了解，在考虑周围结构的周期性间距(例如，用以减弱这些周围结构对所关注的参数(诸如强度不对称性、重叠、聚焦，等等)的贡献因子)，以便优化照射轮廓和/或λ/P比率范围的情况下，根据λ/P比率来旋转所述晶片的这种构思可以与本文中所披露的构思中的任何其它构思无关地、并且针对来自所指示的那些的许多不同的照射和检测轮廓和布置，而被用于量测装置上。
在实施例中，可以执行所述旋转以优化诸如图7(c)中所图示的大型照射器实施例中的照射与检测光瞳之间的边界部M；例如，用以减少不携带信息但对光子脉冲噪声做出贡献的被镜面反射的光的泄漏。
用于最大化检测NA和/或λ/P比率的可容许范围的其它选项可以包括：
·使所述晶片围绕其(局部)法线旋转。
·使所述传感器围绕其光学中心轴线旋转。
·旋转所述晶片上的目标(周期性图案)方向。
·拆分两个单独的传感器上的x目标和y目标测量结果。
·拆分两个单独的传感器上的+1和-1衍射阶测量结果。
·借助于拆分波长范围，划分两个或更多个传感器上的λ/P比率范围。
·借助于拆分间距范围，划分两个或更多个传感器上的λ/P比率范围。
·使用固体/液体浸没透镜以增大可用k空间。
·以上的任何混合/置换/组合(包括两个以上单独的传感器上的拆分)。
如已描述的，上述实施例中的许多实施例将分开的照射和检测光瞳用于X和Y目标的互补衍射阶对中的每个衍射阶对。针对X和Y目标，最优照射条件(例如偏振条件)可能不同。借助于具体示例，X目标可能需要水平偏振光，而Y目标可能需要竖直偏振光。对于量测装置(诸如图5中所图示的)，通常在单次采集期间具有相同设置(例如，针对X和Y)。替代地，为了获得最优条件，则可以进行多次(例如，两次)采集。这导致速度降低。
现在将描述允许实现针对这些目标的不同集合(更具体地，对于X目标相对于Y目标)利用不同的照射条件并行地(并且同时在两个方向上)测量X和Y目标的布置。在示例中，不同的照射条件可以包括在以下项中的一个或更多个中有所区别：偏振状态、波长、强度和持续时间(即，对应于检测器上的积分时间)。以这种方式，对于相同测量品质，两倍更短(即1/2)的采集时间是可能的。
图9图示用于允许实现针对X和Y的分开偏振设置的可能实施方式。其示出具有水平偏振XH的X照射光瞳和具有竖直偏振YV的Y照射光瞳。使用诸如偏振分束器PBS之类的合适的光学元件来组合这些光瞳，以获得经组合的照射光瞳XH+YV，其接着可以用于测量。所图示的布置可以仅被调适用于当变化的照射条件是除偏振之外的条件时。如此，所述偏振分束器PBS可以被替换为用于将不同波长或不同持续时间的照射光瞳进行组合的另一合适的束组合元件。这种布置可以适用于照射路径针对X和Y照射而不同的情况；存在许多不同方法来提供这些不同的照射路径，如对于本领域技术人员将显而易见的。
在替代性布置中，例如，在光瞳可编程的情况下，偏振器(或依赖于照射条件的其它元件)可以被置于每个相应的光瞳的路径中。可编程光瞳可以例如在包括嵌入式可编程数字微镜装置或类似的装置中通过模块化照射来实施。改变照射条件的任何合适的光学元件可以被设置在工具的光瞳平面中，以对光瞳平面的多个单独的区起作用。
在本文中所描述的许多实施例中，所述照射被配置成实现过填充所述检测NA(光瞳空间中的分离开的检测区)。分离开的检测区的过填充意味着所需的衍射阶(例如，在一个或两个取向上来自目标的+1、-1互补阶对)的衍射照射填充了由分离开的检测区所限定的光瞳空间(傅里叶空间)的100％。
图10图示用于实现这些过填充检测NA的三个所提出的方法。在每种情况下，示出仅一个经分离出的检测区DPR，但在更常见配置中可能存在两个或四个。图10(a)示出完全可编程布置，其中照射区ILR、ILR'、ILR”被移动以针对不同λ/p组合在检测区DPR上的同一斑中维持衍射辐射DIFF(每个照射区ILR、ILR'、ILR”对应于不同的λ/p组合)。以这种方式，所述检测区DPR由衍射辐射DIFF维持过填充。可以由本文中已披露的方法中的任一方法(例如，空间滤波器、SLM、DMD、或空间可配置光源)来实现对照射轮廓的控制。
图10(b)和图10(c)图示了涵盖不同λ/p组合的范围的预先配置的照射区。在图10(b)中，使用(例如，固定)延长的照射区EILR，其涵盖了限定从对应于左图中的第一极值的第一组合延伸至对应于右图中的第二极值的第二组合的范围的不同λ/p组合。在此范围内，衍射辐射DIFF、DIFF；'始终过填充所述检测区DPR。图10(c)示出类似布置但使用完整照射轮廓FILR，其覆盖除了检测区DPR和安全边界部之外的整个傅里叶空间(针对第二检测区提供了完整照射轮廓FILR中的空间)。在图10(a)和图10(b)中，针对另一衍射阶需要对应的照射区，这不是图10(c)的完整照射轮廓FILR的情况。
在诸如图5中所图示的(例如，暗场)散射仪量测装置中，已知使用限定一种包括两个对角线方向相对的四等分的照射NA的四等分照射掩模来照射重叠目标(例如，基于微衍射的重叠μDBO目标)。其它两个对角线方向相对的四等分用于检测并且限定所述检测NA。散射辐射使用4部分楔被拆分成+1、-1和(可选地)零衍射阶。这种布置能够实现+1、-1和零阶的同时成像。在所检测的图像中，X垫和Y垫布置成彼此相邻。如果存在像差，则这些垫之间将存在XY串扰，所述XY串扰将不利地影响重叠获取结果。
代替这种布置，将描述用于多衍射阶的同时空间非相干(或部分非相干)成像的许多具体的傅里叶平面布置。这些中的每个可以用于本文中所披露的实施例中(即，在至少一对互补衍射阶的衍射辐射在所述检测孔内被捕获且填充一个或更多个经分离的检测区的至少80％的布置中)。
图11图示第一所提出布置，其使用包括8部分楔来代替4部分楔使得X垫与Y垫单独地成像的光学元件。
该8部分楔可以位于检测光瞳平面处，并且包括具有8个部分的光学元件，所述部分都具有楔状横截面(在垂直于且穿过光瞳平面的中心的平面中)，由此在所述光瞳平面的相应的部分中将光朝向图像/检测器平面处的不同部位折射。
对于所需的功能性，可能需要少于8个区段。例如，45度旋转(关于当前使用的取向)4部分楔可能足以分离开+/-X/Y阶。可以提供两个额外的部分以分离开并且捕获0阶，用于(例如)剂量校正、或监控限定所述目标的光刻过程。
因此，这种实施例可以使用包括至少四个楔的光学元件(或反射镜或其它光学元件)，其将检测孔轮廓的不同部分/区域(具体地+/-X/Y阶)分离开。
在图11(a)中，示出了重叠的照射光瞳和检测光瞳IP+DP，其被划分成8个区段(虚线)。所述照射可以包括四等分照射轮廓ILR，正如4楔掩模的情况一样。如可以看出的，每个衍射阶DIFF+x、DIFF-x、DIFF+y、DIFF-x与相应的专用楔或楔部分一致/相符。图11(b)示出，取决于垫的λ/p比率，所述照射轮廓ILR'可能需要被截取成(例如)沙漏状轮廓，使得衍射阶DIFF'+x、DIFF'-x、DIFF'+y、DIFF'-x保持由8部分楔而分离开。
图11(c)示出图像/检测器平面处的所得到的图像。针对相应的不同阶IM+x、IM-x、IM+y、IM-x、IM0的图像都位于这个像平面处的多个单独的部位处。因此，使用这种方案，在X和Y衍射阶保持被分离开(即，X和Y垫被单独地成像)的约束下，所述检测NA空间的使用被最大化(即，最大化成像分辨率)。
因为X和Y垫衍射阶穿过所述检测光瞳的不同部分，则它们受到像差函数的不同部分影响。在当前4部分楔配置中，不可能将像差校正单独地应用于X和Y垫(所假定问题在于，由于像差而存在XY串扰，因此不可能在空间上分离开来自垫的衍射，并且单独地应用像差校正)。在8部分楔设置中，可以将像差校正单独地应用于X和Y垫以减少模糊和XX串扰和YY串扰。为了有效地应用计算图像校正，则假定图像形成可以被近似为完全非相干的。在该情况下，图像形成由简单卷积来描述，并且图像校正可以由简单反卷积来实现。完全非相干可以使用已描述方法中的任一方法、和/或通过利用彼此不相干的平面波从所有角度对样本进行照射来(近似地)而被实现，即，照射光瞳利用彼此非相干点源而被完全填充。如果所述检测光瞳被过填充，则照射光瞳被完全填充(即，完全非相干性)或部分相干(即，部分相干性)没有区别。
应了解，图11中所示出的布置是一种用于分离多个衍射阶的特定布置，其可以被概括为其中所述检测被拆分成8个部分使得四个部分针对两个目标方向中的每个目标方向捕获+1、-1阶的衍射阶、并且使得其它4个部分可以用于捕获零阶衍射的任何布置。这些部分可以具有任何形状。旋转对称布局对于光学和机械制造具有优点，但不是必要的。所述照射轮廓可以相对于检测NA被配置成确保针对尽可能大的波长/间距范围所检测的X和Y衍射阶之间不存在串扰。这可以由已描述的方法中的任一方法来实现。检测和照射掩模可以针对非相干波长/间距范围、cDBO间距差、照射效率、可用孔槽的数目等而被(共同)优化。
图12图示另一实施例，其通过在非常大的波长/间距范围内过填充所述检测(以允许实现在计算图像校正方面的良好性能)、且同时通过能够以有限的照射效率损耗对两个不同间距进行检测来支持连续DBO(cDBO)应用，来实现高水平的非相干。简要地，cDBO量测可以包括测量cDBO目标，所述cDBO目标包括：(例如，每方向)一A型目标或一对A型目标，其具有位于具有第二间距p2的光栅的顶部上的具有第一间距p1的光栅；以及一B型目标或一对B型目标，其中这些光栅被交换，使得第二间距p2光栅位于第一间距p1光栅的顶部上。以这种方式、且与μDBO目标布置相反，目标偏置沿每个目标连续地变化。所述重叠信号在来自(例如，暗场)图像的摩尔图案中进行编码。
在图12中所图示的示例中，照射和检测掩模围绕两个参数来设计：
·Kr：针对照射区ILR的主要部分的XY限制(NA半径或中心径向数值孔径尺寸)。这可以被相对自由地选择，在这种情况下Kr＝0.4(sin(α)单元)；
·D：针对检测区DPR的安全距离。典型值可以介于0.03与0.15之间，或介于0.04与0.1之间，例如0.05(sin(α)单元)。
应注意，检测光瞳DP仅示出一阶检测区域，但照射区ILR(或其子集)的对应区域(安全距离被移除)可以用于对于零阶的检测。
图13示出另外的傅里叶平面布置，其中来自目标结构的衍射辐射DIFF+x、DIFF-x、DIFF+y、DIFF-x过填充相应的检测区DPR但其它孔均不过填充。该图也示出对应的照射轮廓ILR。
图14示出又一傅里叶平面布置，其中来自目标结构的衍射辐射DIFF+x、DIFF-x、DIFF+y、DIFF-x中的每个的每阶在两个单独的(例如，过填充的)检测区中被捕获两次。也示出对应的照射轮廓ILR。这种布置能够实现针对低阶传感器伪影的校正(例如，慧差和/或散光)。这种布置也能够与cDBO兼容。
在所有以上布置中，可以使用一种光学元件或楔布置(例如，针对每个衍射阶具有多个单独的楔，诸如多部分，例如，4、6、8部分楔)将相机上的衍射阶图像分离开。
在其中多个单独的检测区单独地捕获相应的阶的许多以上布置中，可以了解对于每个检测区，成像是不相干的，并且所有散射辐射将已产生相同的像差。这些像差可以根据以下方程式来校正，其中I是所捕获的图像，|E|2是目标强度，并且PSF是由于NA和像差而产生的点扩散函数：
可以示出，可以使用假定非相干成像的反卷积来针对图像10μm离焦(例如，5λZ4像差)进行充分校正以获得良好重叠值，这将会不可能使用常规成像。
在上文中，基于检测孔轮廓和
比率来配置用于测量的周期性结构的照射孔轮廓和/或取向。为了覆盖足够高的
值(例如，至少达到1.3)，则所述检测光瞳孔应位于高NA处。
在替代实施例中，提出提供可编程的或可配置的检测孔轮廓，使得对于较低
比率，所述检测孔的中心可以设置于较低NA处。这具有若干额外优点：
·透镜像差在较低NA的情况下通常较低；
·对于较厚的叠层，优选地将较小间距用于重叠目标，使用小照射孔并且维持所述照射束以及1阶检测束接近于所述目标的法线以最小化视差和变形。这由可编程检测孔来实现。
·如果以接近于所谓的Littrow条件的方式来操作所述成像，则光瞳像差的影响可以被抑制，其中照射和1阶具有相同的入射角；这由可编程检测孔来实现。
例如，所述照射光瞳轮廓(照射孔轮廓)和所述检测光瞳轮廓(照射孔轮廓)两者可以是可编程的或可配置的。所需的实施方式可以包括用以将照射与检测孔的中心中的每个中心设置在与垂直于光栅间距方向的轴线相距
处、或接近于
处，以实现、或至少近似Littrow条件的装置；
存在用于实施一种实现这些所需的特征的可配置检测孔轮廓的若干方法。第一提案可以包括应用所述照射和检测孔在光瞳轮廓中的可编程移位。这种方法可以使用一个或更多个光学元件以平移、或移位所述照射和检测束中的两者在光瞳平面中的轨迹。
在实施例中，所述照射光瞳孔的中心部位在距相关轴线为与所述检测光瞳孔的中心部位相同的距离、或接近于相同的距离处，其中所述相关轴线与所述目标的间距的方向是正交的。
图15是这种布置的简化示意图。所述布置基于位于光瞳平面处的一对棱镜，或多个光楔元件或多个楔W1、W2。楔元件可以沿相反的方向而取向，使得它们一起在光瞳平面中移位所述照射和检测束，而实质上没有改变它们的方向(即，使得所述光学系统的束输入与输出之间不存在由所述一对楔限定的方向变化，其中由所述楔中的第一楔W1所施加的方向变化通过所述楔中的第二楔W2所施加的相反的方向变化抵消。附图也示出物镜OL和衬底S。初始照射由固定光瞳限定(如平面AA'中所示)。然而，光楔W1、W2可配置成同时改变所述照射和检测光瞳孔。在所图示的实施例中，通过在沿束的方向上移动楔形W1、W2中的一个或两者，则光楔W1、W2能够经由介于相反平面AA'、BB'之间的可配置的、或可变的距离来配置。附图示出三个位置中的楔形(或更具体地，楔W2)(利用实线示出中心位置，以及利用点划线示出任一侧的两个位置。也示出对应于这些位置中的每个位置的照射和1阶衍射辐射路径(此外，对于对应于虚线楔W2位置的路径，路径被绘制为虚线)。
棱镜W1、W2在光瞳平面中将照射和1阶衍射辐射在相同方向上同时平移达相同量值，这取决于它们的间隔，如平面BB'中所示。如所示出的，可选地，可以使用光轴O的另一侧上的反向地取向的楔沿相反的方向来移位互补的照射和衍射光。
作为具有可变分隔距离的楔的替代方案，其它布置可以包括具有可编程的或可配置的打开角度即孔径角的楔。例如，一个或两个楔W1、W2可以是基于液体透镜技术(例如，液体透镜光学元件)的可调谐式楔。
理想地，照射和检测孔距具有至光学y轴(对于x光栅)的相同的距离。然而，如图中所示，这不是必需的。
棱镜的机械移动应是快速的，以允许实现短切换时间。可以证明，数量级为1ms的切换应是可行的。
作为具有可配置分离距离或形状的棱镜的替代方案，光学元件可以包括光学板(例如，可倾斜或可旋转光学板)，y轴的每侧处一个光学板，以将所述束移位。图16示意性地图示这种旋转光学板OP，其中移位D取决于入射角θ。
在实施例中，可以将束分离/组合单元提供至刚刚描述的基于棱镜的布置。束分离/组合单元可以被设置在棱镜正上方(或位于另一光瞳平面中)。这种单元将照射束与衍射束分离开。
这种束分离/组合单元可以包括例如放置于每个照射路径中的一对小反射镜，以引导所述照射而不是所述衍射辐射(例如，所述反射镜可以充当部分光瞳光阑)，使得所述衍射辐射仅朝向检测器行进。替代地，所述反射镜可以被放置以引导所述衍射辐射而非所述照射。
可以用类似的方式使用一对分束器(例如，小分束方块)，其被定位在照射和衍射辐射两者的路径中，但被配置成偏转这些中的仅仅一个。所述分束器可以与用于将正交且互补的衍射阶引导至检测器的不同部分的楔进行组合，其中利用单个透镜来传递或中继检测器上的图像(例如，类似于已描述的四部分楔布置)。
上文所描述的布置能够实现在仅一个光栅方向(例如，X或Y)上的检测。图17图示另一实施例，其中可以使用锥形(或轴棱锥)楔W2'以及对应的碟形楔W1'(后者以横截面示出)在X方向和Y方向两者中使得照射和检测孔轮廓是可配置的。这些楔可替换图15的楔W1、W2。作为替代，可以使用4象限楔而不是图15中示出两个半部来实现在X和Y中的并行采集，尽管以可以被支持的较低的λ/间距范围为代价。可以由楔单元在X和Y测量两者之间的旋转来实现X和Y中的连续检测。
用于编程/配置所述照射和检测光瞳的另一替代方案是使用变焦透镜(而不是轴棱锥和碟形透镜布置)来产生(中间)光瞳平面中的光瞳的被放大的或被缩小的图像。
图18图示另一实施例，其包括(中间)场平面中的具有可以调谐的或可变的角度的反射镜TM(例如，检流计扫描反射镜)。改变场平面中的反射镜YM的倾角导致光瞳平面的对应平移。该图也示出物镜OL、衬底S和透镜系统L1、L2。光瞳的两个半部例如使用第一光瞳平面中的楔W1而被分离开。在这些楔形上方的场平面中，光瞳平面的每个半部将对应于经移位的图像(类似于当前用于一些量测工具的检测分支中的楔，如已描述的)。在此平面中，使用可倾斜反射镜TM来改变所述照射ILL和衍射DIFF束的角度方向，这继而对应于在随后光瞳规划中的移位或位移。应注意，反射镜TM可以围绕其它轴线在任何名义角度下放置，使得其余光学器件偏离平面而倾斜。这可以有助于实现较大的倾斜范围。这种想法可以易于被扩展为包括X和Y光栅两者。这种基于反射镜的实施例可以用于实现低于0.5ms的非常短的切换时间。
图19图示另一实施例，其采用所述照射和检测光瞳孔的可切换配置而不是可连续编程的配置。在这种实施例中，成像模式元件或成像模式转盘IMW被置于系统的光瞳平面中或围绕所述光瞳平面，并且被定位在一定角度下以便使得衍射辐射DIFF偏转远离开物镜OL的方向。所述成像模式转盘IMW可以包括反射区和透射区，例如倾斜反射镜M和孔H。在附图中，示出转盘的两个位置，每个位置在所述光瞳平面中具有孔H和反射镜M的不同部位，其中孔限定所述照射孔轮廓且反射镜M限定所述检测孔轮廓，或反之亦然。
转盘IMW可以包括许多旋转位置，每个旋转位置对应于一个λ/间距比率。对于每个旋转位置，反射镜M和/或孔H的部位和倾角将是不同的，并且使得它们可被移动至所需的部位，以针对给定λ/间距比率来限定所需的照射和检测孔轮廓。
通过提供反射镜M部分的适当不同倾角，则成像模式转盘IMW的功能也提供一些当前系统的先前所描述的楔的功能(即，在所述像平面中将正交且互补的阶分离开)。可以使用照射模式选择器以与关于图5所描述的方式类似的方式来提供所述照射。然而，这导致光损耗，这是由于必须照射整个NA，并且大部分随后由所述照射孔阻挡。为避免光的这种损耗，此实施例可以与场平面中的能够倾斜的反射镜相组合，如关于图18所描述的，以将可编程光瞳部分耦接至固定的小NA照射束，因而避免光的损耗。
所描述的布置仅是示例，并且光学设计领域的技术人员将知晓如何以替代方式针对照射区的子集实施区别性的照射条件。
应注意，上文所描述的布置仅示出可以如何实施这种系统的示例，并且不同硬件设置是可能的。例如，照射和检测甚至可能不必经过相同透镜。
在测量结果采集期间，所述量测系统的部件相对于优选的或最优的测量条件(例如XYZ定位、照射/检测孔轮廓、中心波长、带宽、强度，等等)变化。当已知了关于最优条件的这种变化时(例如，经由直接测量或预测)，则可以例如经由反卷积，针对这种变化校正所采集的图像。
随着量测系统的吞吐量增大，在(快速)移动(例如，晶片平台XY移动)之后安置部件会耗费更多时间。对于测量序列，所述量测系统针对进行采集处的特定设置点进行编程。每个扫描部件在此序列期间将具有其自身的轨迹。可以执行优化以共同优化所有扫描部件和其它系统限制。如上文所描述的，在采集期间对部件的变化的校正接着可以用于校正所有已知变化。
也可以在理想采集时刻之前以及之后对测量结果进行采集。这些测量结果将由于较差的测量条件而具有较低品质，但仍可以用于获取相关信息。可以基于距最优测量条件的偏差，利用品质KPI对测量结果进行加权。
在所有上文的实施例中，照射可以是在时间上受调制的(例如，利用测量一个目标的积分时间内的调制)。这种调制可以有助于增大(空间)非相干模式的数目，并且因此抑制相干性。为了实施这种调制，诸如快速旋转磨砂玻璃板之类的调制元件可以实施于照射分支内，以提供多个散斑模式的(时间)总和。
图20是图示可以辅助实施本文中所公开的方法和流程的计算机系统1000的框图。计算机系统1000包括用于通信信息的总线1002或其它通信机构，和与总线1002耦接以用于处理信息的处理器1004(或多个处理器1004和1005)。计算机系统1000也包括耦接至总线1002以用于储存将要由处理器1004执行的信息和指令的主存储器1006，诸如，随机存取存储器(RAM)或其它动态存储。主存储器1006也可以用于在将要由处理器1004执行的指令的执行期间储存暂时性变量或其它中间信息。计算机系统1000还包括耦接至总线1002以用于储存用于处理器1004的静态信息和指令的只读存储器(ROM)1008或其它静态储存装置。提供诸如磁盘或光盘之类的储存装置1010，并且将所述储存装置耦接至总线1002以用于储存信息和指令。
计算机系统1000可以由总线1002耦接至用于向计算机用户显示信息的显示器1012，诸如，阴极射线管(CRT)或平板显示器或触控面板显示器。包括字母数字按键和其它按键的输入装置1014耦接至总线1002以用于将信息和命令选择通信至处理器1004。另一类型的用户输入设备是用于将方向信息和命令选择通信至处理器1004且用于控制显示器1012上的光标移动的光标控制器1016，诸如，鼠标、轨迹球或光标方向按键。这种输入装置通常具有在两个轴线(第一轴(例如，x)和第二轴(例如，y))上的两个自由度，从而允许所述装置指定平面中的位置。触控面板(屏幕)显示器也可以被用作输入装置。
如本文中所描述的方法中的一个或更多个可以由计算机系统1000响应于处理器1004执行主存储器1006中所包含的一个或更多个指令的一个或更多个序列来执行。可以将这些指令从另一计算机可读介质(诸如储存装置1010)读取至主存储器1006中。主存储器1006中包含的指令序列的执行使处理器1004执行本文中所描述的过程步骤。也可以使用多处理布置的一个或更多个处理器，以执行含于主存储器1006中的指令序列。在替代实施例中，可以代替或结合软件指令来使用硬布线电路系统。因此，本文中的描述不限于硬件电路和软件的任何特定组合。
如本文中所使用的术语“计算机可读介质”是指参与将指令提供至处理器1004以用于执行的任何介质。这种介质可以采取许多形式，包括(但不限于)非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括(例如)光盘或磁盘，诸如储存装置1010。易失性介质包括易失存储器，诸如主存储器1006。传输介质包括同轴缆线、铜线和光纤，包括包含总线1002的电线。传输介质也可以采用声波或光波的形式，诸如，在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间产生的声波或光波。计算机可读介质的常见形式包括(例如)软磁盘、软性磁盘、硬盘、磁带、任何其它磁介质、CD-ROM、DVD、任何其它光学介质、打孔卡、纸带、具有孔图案的任何其它实体介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其它存储器芯片或卡匣、如下文所描述的载波，或可以供计算机读取的任何其它介质。
可以在将一个或更多个指令的一个或更多个序列承载至处理器1004以供执行时涉及各种形式的计算机可读介质。例如，初始地可以将所述指令承载于远程计算机的磁盘上。远程计算机可以将指令加载至其易失存储器内，并且使用调制解调器经由电话线来发送指令。在计算机系统1000本地的调制解调器可以接收电话线上的数据，并且使用红外传输器将数据转换成红外信号。耦接至总线1002的红外检测器可以接收红外信号中所承载的数据且将数据放置于总线1002上。总线1002将数据承载至主存储器1006，处理器1004从所述主存储器获取指令并执行所述指令。由主存储器1006接收的指令可以可选地在供处理器1004执行之前或之后储存在储存装置1010上。
计算机系统1000也优选地包括耦接至总线1002的通信接口1018。通信接口1018提供耦接至连接至局域网1022的网络链路1020的双向数据通信。例如，通信接口1018可以是综合业务数字网(ISDN)卡或调制解调器以提供对对应类型的电话线的数据通信连接。作为另一示例，通信接口1018可以是局域网(LAN)卡以提供对兼容LAN的数据通信连接。也可以实施无线链路。在任何这种实施中，通信接口1018发送且接收承载表示各种类型的信息的数字数据流的电信号、电磁信号或光学信号。
网络链路1020通常经由一个或更多个网络而向其它数据装置提供数据通信。例如，网络链路1020可以由局域网1022而向主计算机1024或向由因特网服务业者(ISP)1026操作的数据装备提供连接。ISP 1026又经由全球封包数据通信网络(现在通常被称为“因特网”)1028来提供数据通信服务。局域网1022和因特网1028都使用承载数字数据流的电信号、电磁信号或光学信号。经由各种网络的信号和在网络链路1020上且经由通信接口1018的信号(所述信号将数字数据承载至计算机系统1000且从所述计算机系统承载数字数据)是输送信息的载波的示例性形式。
计算机系统1000可以由网络、网络链路1020和通信接口1018发送消息和接收数据(包括程序代码)。在因特网示例中，服务器1030可能经由因特网1028、ISP 1026、局域网1022和通信接口1018来传输用于应用程序的所请求的代码。例如，一种这样的被下载的应用程序可以提供本文中所描述的技术中的一个或更多个。所接收的代码可以在其被接收时由处理器1004执行，和/或储存在储存装置1010或其它非易失性储存器中以供稍后执行。以这种方式，计算机系统1000可以获得呈载波的形式的应用代码。
在以下编号方面的后续列举中披露另外的实施例：
1.一种利用具有至少一个波长的照射辐射来测量衬底上的周期性结构的方法，所述周期性结构具有至少一个间距，所述方法包括：
-基于所述间距与所述波长的比率来配置成下各项中的一个或更多个：
照射孔轮廓，所述照射孔轮廓包括傅里叶空间中的一个或更多个照射区；
用于测量的所述周期性结构的取向；以及
检测孔轮廓，所述检测孔轮廓包括傅里叶空间中的一个或更多个分离的检测区；
使得：i)在所述检测孔轮廓内捕获至少一对互补衍射阶的衍射辐射，和ii)所述衍射辐射填充所述一个或更多个分离的检测区的至少80％；和
-在应用照射孔轮廓、检测孔轮廓和所述周期性结构的取向中的经配置的一个或更多个的同时，测量所述周期性结构。
2.根据方面1所述的方法，其中，所述照射孔轮廓包括傅里叶空间中的、用于从至少两个实质上不同的(例如，相反的)角度方向照射所述周期性结构的所述一个或更多个照射区，并且所述检测孔轮廓包括傅里叶空间中的至少两个分离的检测区，所述至少两个分离的检测区用于捕获所述一对互补衍射阶中的相应的一个衍射阶。
3.根据方面2所述的方法，其中，所述照射孔轮廓包括傅里叶空间中的、用于针对被包括在所述周期性结构内的子结构的所述两个周期性取向中的每个周期性取向，从所述两个实质上不同的(例如，相反的)角度方向的两个组照射所述周期性结构的所述一个或更多个照射区，并且所述检测孔轮廓包括傅里叶空间中的四个检测区，所述四个检测区用于针对所述周期性取向中的每个周期性取向，捕获所述一对互补衍射阶中的相应的一个衍射阶。
4.根据方面2或3所述的方法，其中，所述一个或更多个照射区中的每个单独的照射区对应于每个检测区中的相应的一个检测区，并且其中每个照射区与其对应的检测区相比大小相同或更大。
5.根据方面4所述的方法，其中，每个照射区与其对应的检测区相比大至多10％，或可选地，大至多20％，或可选地，大至多30％。
6.根据方面2或3所述的方法，其中，所述一个或更多个照射区仅包括单个照射区。
7.根据方面6所述的方法，其中，所述单个照射区包括除了用于所述检测孔轮廓的傅里叶空间和介于所述照射孔轮廓与检测孔轮廓之间的边界部之外的可用傅里叶空间。
8.根据方面2至7中任一项所述的方法，其中，所述检测区中的每个检测区限定不大于0.4的数值孔径。
9.根据任一前述方面所述的方法，其中，对照射孔轮廓的所述配置包括在物镜的光瞳平面或中间平面、或其等效平面中对所述照射辐射进行空间滤波，以施加所述照射轮廓。
10.根据任一前述方面所述的方法，包括针对至少两个不同所述照射区和/或检测区施加不同的照射条件。
11.根据任一前述方面所述的方法，其中，所述照射辐射包括多模辐射；或时间和/或空间不相干辐射或其近似物。
12.根据方面11所述的方法，包括利用在所述测量的积分时间内的调制来对所述照射辐射进行时间调制。
13.根据方面12所述的方法，其中，通过在所述照射辐射内足够快速地旋转磨砂玻璃板来实施所述调制，以便提供多个散斑模式的时间总和。
14.根据方面11、12或13所述的方法，包括校正在所述测量期间获得的所述周期性结构的图像。
15.根据方面14所述的方法，其中，所述校正包括针对用于执行所述测量的传感器光学器件中的像差校正所述图像。
16.根据方面15所述的方法，其中，针对像差对所述图像的所述校正是取决于图像位置的校正而被执行。
17.根据方面15或16所述的方法，其中，所述校正包括执行原始图像和校正核的卷积，其中所述校正核是取决于位置的。
18.根据方面17所述的方法，其中，所述校正还包括针对一个或更多个图像处理操作中的每个图像处理操作进行的卷积。
19.根据方面15、16、17或18所述的方法，其中，使用卷积神经网络应用所述校正。
20.根据方面15至19中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：针对由于用以执行所述测量的所述传感器光学器件而造成的点扩散函数中的像差，校正所述图像以对所述点扩散函数重新整形。
21.根据方面15至20中任一项所述的方法，其中，所述校正包括通过计算变迹法或类似的整形技术减少所述图像中的串扰。
22.根据方面15至21中任一项所述的方法，还包括针对偏离最优测量条件的任何偏差来校正所述图像。
23.根据方面15至22中任一项所述的方法，其中，所述像差包括有意的波前调制像差，并且所述方法包括针对所述波前调制像差进行校正，以便增大所述传感器光学器件的可用聚焦范围和/或视场深度。
24.根据方面14至23中任一项所述的方法，其中，所述校正基于由以下各项中的一个或更多个确定的残余误差：在两个相反的旋转的情况下执行对周期性结构的测量以确定能够由于测量光学器件而造成的残余误差，和在所述衬底平面中的不同定位移位下对所述周期性结构成像以针对取决于场的部件捕获所述残余误差。
25.根据任一前述方面所述的方法，其中，所述照射辐射包括跨越多个波长的波长带，并且所述至少一个波长包括所述中心波长。
26.根据任一前述方面所述的方法，其中，对所述周期性结构的取向的所述配置包括根据所述间距与波长的比率，使所述周期性结构围绕光轴旋转。
27.根据方面26所述的方法，其中，通过使所述衬底围绕所述光轴旋转或使所述传感器的至少一部分围绕所述光轴旋转，来执行所述周期性结构的所述旋转。
28.根据方面26或27所述的方法，其中，所述周期性结构的所述旋转使得能够实现：所述检测孔轮廓和/或照射孔轮廓的增大的区域；和/或与无旋转相比所述间距的增大的范围、和/或所述波长的增大的范围的可测量性，和/或对来自周围结构的串扰的更好抑制。
29.根据任一前述方面所述的方法，其中，所述照射孔轮廓包括傅里叶空间中的多个照射区，所述多个照射区用于从至少两个实质上不同的(例如，相反的)角度方向照射所述周期性结构，并且所述照射区的子集包括不同的照射条件。
30.根据方面29所述的方法，其中，所述不同的照射条件包括以下各项中的一个或更多个：偏振状态、强度、波长和积分时间。
31.根据方面29或30所述的方法，其中，所述多个照射区包括两对所述照射区，每对包括所述不同的照射条件。
32.根据方面31所述的方法，包括使用束组合装置将所述两对照射区组合。
33.根据方面32所述的方法，其中，所述束组合装置是偏振分束器。
34.根据方面31所述的方法，其中，一个或更多个光学元件置于所述傅里叶空间中的每对所述照射区中的一个或两个照射区的路径中，以提供所述不同的照射条件。
35.根据任一前述方面所述的方法，其中，所述衍射辐射填充所述一个或更多个分离的检测区的至少80％。
36.根据任一前述方面所述的方法，其中，来自每个所捕获的衍射阶的衍射辐射在像平面中被单独地成像。
37.根据任一前述方面所述的方法，其中，来自每个所捕获的衍射阶的衍射辐射被成像两次。
38.根据任一前述方面所述的方法，包括同时配置所述照射孔轮廓和检测孔轮廓两者。
39.根据方面38所述的方法，其中，所述同时配置步骤包括改变所述衍射辐射的至少一对所述衍射束和所述照射辐射的至少一对照射束的路径中的一个或更多个光学元件，使得所述衍射束和所述照射束的轨迹在所述傅里叶空间中被平移和/或移位。
40.根据方面39所述的方法，其中，所述一个或更多个光学元件使得它们在所述傅里叶空间中移位所述衍射束和所述照射束，而实质上不改变所述衍射束和所述照射束的方向。
41.根据方面39或40所述的方法，其中，所述一个或更多个光学元件包括一对光楔元件，所述一对光楔元件对每对照射和衍射束具有类似的配置但被取向于相反的方向。
42.根据方面39或40所述的方法，其中，所述一个或更多个光学元件包括：轴棱锥或锥形元件和对应的碟形元件；或
变焦透镜装置，所述变焦透镜装置能够操作以在(中间)光瞳平面中产生所述傅里叶空间的被放大的或被缩小的图像。
43.根据方面39至42中任一项所述的方法，其中，对一个或更多个光学元件的所述改变包括改变一对光学元件之间的分隔距离。
44.根据方面39至42中任一项所述的方法，其中，对一个或更多个光学元件的所述改变包括改变所述一个或更多个光学元件的孔径角，其中所述光学元件包括液体透镜光学元件。
45.根据方面39或40所述的方法，其中，对一个或更多个光学元件的所述改变包括改变至少一对光学板的角度。
46.根据方面39至45中任一项所述的方法，其中，所述一个或更多个光学元件被包括在光瞳平面内。
47.根据方面39或40所述的方法，其中，对一个或更多个光学元件的所述改变包括改变至少一对光学反射镜在场平面或中间场平面中的的角度。
48.根据方面39至47中任一项所述的方法，包括用于在对所述衍射束的检测之前将所述照射束与所述衍射束分离开的其它光学元件。
49.根据方面38所述的方法，其中，对一个或更多个光学元件的所述改变包括将不同配置的反射区和透射区定位在光瞳平面中。
50.根据方面49所述的方法，其中，对不同配置的一个或更多个反射区和一个或更多个透射区在光瞳平面中的所述定位包括改变包含所述反射区和透射区的成像模式元件的所述取向和/或位置。
51.根据任一前述方面所述的方法，其中，配置照射孔轮廓包括配置将仅包括照射辐射的中心径向孔尺寸。
52.根据方面51所述的方法，还包括相对于所述照射孔轮廓针对所述一个或更多个分离的检测区中的每个检测区来配置安全边界部。
53.一种量测装置，所述量测装置能够操作以执行根据方面1至52中任一项所述的方法。
54.一种用于测量衬底上的周期性结构的量测装置，所述量测装置包括：
检测孔轮廓，所述检测孔轮廓包括傅里叶空间中的一个或更多个分离的检测区；和
照射孔轮廓，所述照射孔轮廓包括傅里叶空间中的一个或更多个照射区；
其中，能够基于所述周期性结构的至少一个间距与用于测量所述周期性结构的照射辐射的至少一个波长的比率来配置所述检测孔轮廓、所述照射孔轮廓、以及包括正在被测量的周期性结构的衬底的衬底取向中的一项或更多项，使得：
i)在所述检测孔轮廓内捕获至少一对互补衍射阶，以及
ii)所述一对互补衍射阶的辐射填充所述一个或更多个分离的检测区的至少80％。
55.根据方面54所述的量测装置，其中，所述照射孔轮廓包括傅里叶空间中的、用于从至少两个实质上不同的(例如，相反的)角度方向照射所述周期性结构的所述一个或更多个照射区，并且所述检测孔轮廓包括傅里叶空间中的至少两个分离的检测区，所述至少两个分离的检测区用于捕获所述一对互补衍射阶中的相应的一个衍射阶。
56.根据方面54所述的量测装置，其中，所述照射孔轮廓包括傅里叶空间中的一个或更多个照射区，所述一个或更多个照射区用于针对被包括在所述周期性结构内的子结构的所述两个周期性取向中的每个周期性取向，从所述两个实质上不同的(例如，相反的)角度方向的两个组照射所述周期性结构，并且所述检测孔轮廓包括傅里叶空间中的四个分离的检测区，所述四个分离的检测区用于针对所述周期性取向中的每个周期性取向，捕获所述一对互补衍射阶中的相应的一个衍射阶。
57.根据方面55或56所述的量测装置，包括与每个检测区中的相应的一个检测区相对应的分离的所述照射区，并且其中，每个照射区与其对应的检测区相比大小相同或更大。
58.根据方面57所述的量测装置，其中，每个照射区与其对应的检测区相比大至多10％，或可选地，大至多20％，或可选地，大至多30％。
59.根据方面55或56所述的量测装置，其中，所述一个或更多个照射区仅包括单个照射区。
60.根据方面59所述的量测装置，其中，所述单个照射区包括在用于所述检测孔轮廓的傅里叶空间、和介于所述照射孔轮廓与检测孔轮廓之间的边界部之外的可用傅里叶空间。
61.根据方面55至60中任一项所述的量测装置，其中，所述检测区中的每个检测区限定不大于0.4的数值孔径。
62.根据方面55至61中任一项所述的量测装置，包括检测反射镜或其它光学元件，其中所述检测反射镜或其它光学元件中的每个限定所述检测区中的相应一个检测区的位置和孔。
63.根据方面54至62中任一项所述的量测装置，还包括空间滤波器，所述空间滤波器用以通过在物镜的光瞳平面或中间平面、或其等效平面中对所述照射辐射进行滤波来施加所述照射孔轮廓。
64.根据方面63所述的量测装置，其中，能够取决于间距与波长的比率，以实体方式替换所述空间滤波器。
65.根据方面64所述的量测装置，其中，多个空间滤波器被安装在滤波器转盘上。
66.根据方面63所述的量测装置，其中，所述空间滤波器包括可编程空间光调制器。
67.根据方面54至62中任一项所述的量测装置，包括具有可配置照射轮廓以施加所述照射孔轮廓的照射源。
68.根据方面54至67中任一项所述的量测装置，所述量测装置能够操作以针对至少两个不同所述照射区和/或检测区施加不同的照射条件。
69.根据方面54至68中任一项所述的量测装置，其中，所述照射辐射包括多模辐射；或不相干辐射或其近似物。
70.根据方面69所述的量测装置，包括用于利用在所述测量的积分时间内的调制来对所述照射辐射进行时间调制的调制元件。
71.根据方面70所述的量测装置，其中，所述调制元件包括能够旋转的磨砂玻璃板。
72.根据方面54至71中任一项所述的量测装置，包括被配置成校正在所述测量期间获得的所述周期性结构的图像的处理器。
73.根据方面72所述的量测装置，其中，所述处理器能够操作以针对用于执行所述测量的传感器光学器件中的像差来校正所述图像。
74.根据方面73所述的量测装置，其中，所述处理器能够操作以针对像差校正所述图像，所述校正是取决于图像位置的校正。
75.根据方面73或74所述的量测装置，其中，所述处理器能够操作以经由原始图像和校正核的卷积来执行所述校正，其中所述校正核是取决于位置的。
76.根据方面75所述的量测装置，其中，所述处理器能够操作以将所述校正执行为针对一个或更多个图像处理操作中的每个图像处理操作进行的卷积。
77.根据方面73至76中任一项所述的量测装置，其中，所述处理器被配置成使用卷积神经网络进行所述校正的所述执行。
78.根据方面73至77中任一项所述的量测装置，其中，所述处理器还能够操作以针对由于用以执行所述测量的所述传感器光学器件而造成的点扩散函数中的像差，校正所述图像以对所述点扩散函数重新整形。
79.根据方面73至78中任一项所述的量测装置，其中，所述处理器还能够操作以针对偏离最优测量条件的任何偏差来校正所述图像。
80.根据方面73至79中任一项所述的量测装置，其中，所述像差包括有意的波前调制像差，并且所述处理器还被配置成针对所述波前调制像差进行校正，以便增大所述传感器的可用聚焦范围和/或视场深度。
81.根据方面72至80中任一项所述的量测装置，其中，所述处理器能够操作以通过计算变迹法或类似的整形技术来减少所述图像中的串扰。
82.根据方面72至81中任一项所述的量测装置，所述量测装置能够操作以基于由以下各项中的一个或更多个确定的残余误差来执行所述校正：在两个相反的旋转的情况下执行对周期性结构的测量以确定能够由于测量光学器件而造成的残余误差，和在所述衬底平面中的不同定位移位下对所述周期性结构成像以针对取决于场的部件捕获所述残余误差。
83.根据方面54至82中任一项所述的量测装置，其中，所述照射辐射包括跨越多个波长的波长带，并且所述至少一个波长包括所述中心波长。
84.根据方面54至83中任一项所述的量测装置，包括用于保持所述衬底的衬底支撑件，所述衬底支撑件能够围绕其光轴旋转，所述量测装置能够操作以至少部分地通过根据间距与波长的所述比率使所述衬底围绕所述光轴旋转或使所述传感器的至少一部分围绕所述光轴旋转来配置所述衬底取向。
85.根据方面84所述的量测装置，其中，所述衬底的所述旋转使得能够实现：所述检测孔轮廓和/或照射孔轮廓的增大的区域；和/或与无旋转相比所述间距的增大的范围、和/或所述波长的增大的范围的可测量性。
86.根据方面54至85中任一项所述的量测装置，包括用于提供所述照射辐射的照射源。
87.根据任一前述方面所述的量测装置，其中，所述照射孔轮廓包括傅里叶空间中的多个照射区，所述多个照射区用于从至少两个实质上相反的角度方向照射所述周期性结构，并且所述照射区的子集包括不同的照射条件。
88.根据方面87所述的量测装置，其中，所述不同的照射条件包括以下各项中的一个或更多个：偏振状态、强度、波长和积分时间。
89.根据方面87或88所述的量测装置，其中，所述多个照射区包括两对所述照射区，每对包括所述不同的照射条件。
90.根据方面89所述的量测装置，包括能够操作以将所述两对照射区组合的束组合装置。
91.根据方面90所述的量测装置，其中，所述束组合装置是偏振分束器。
92.根据方面89所述的量测装置，包括在所述傅里叶空间中的每对所述照射区中的一个或两个照射区的路径中的、用以提供所述不同的照射条件的一个或更多个光学元件。
93.根据方面54至92中任一项所述的量测装置，所述衍射辐射填充所述一个或更多个分离的检测区的100％。
94.根据方面54至93中任一项所述的量测装置，包括能够操作使得来自每个所捕获的衍射阶的衍射辐射在像平面中被单独地成像的光学元件。
95.根据方面54至94中任一项所述的量测装置，所述量测装置能够操作使得来自每个所捕获的衍射阶的衍射辐射被成像两次。
96.根据方面54至95中任一项所述的量测装置，所述量测装置被布置用于对所述照射孔轮廓和检测孔轮廓两者的同时配置。
97.根据方面96所述的量测装置，其中，所述同时包括在所述衍射辐射的至少一对所述衍射束和所述照射辐射的至少一对照射束的路径中的一个或更多个光学元件，所述一个或更多个光学元件是能够变化的，使得所述衍射束和所述照射束的轨迹在所述傅里叶空间中被平移和/或移位。
98.根据方面97所述的量测装置，其中，所述一个或更多个光学元件使得它们一起使得所述衍射束和所述照射束在所述傅里叶空间中移位，而实质上不改变所述衍射束和所述照射束的方向。
99.根据方面97或98所述的量测装置，其中，所述一个或更多个光学元件包括一对光楔元件，所述一对光楔元件对每对照射和衍射束具有类似的配置但被取向于相反的方向。
100.根据方面97或98所述的量测装置，其中，所述一个或更多个光学元件包括：轴棱锥或锥形元件和对应的碟形元件；或变焦透镜装置，所述变焦透镜装置能够操作以在(中间)光瞳平面中产生所述傅里叶空间的被放大的或被缩小的图像。
101.根据方面97至100中任一项所述的量测装置，其中，所述一个或更多个光学元件包括在一对光学元件之间的可变的分隔距离，所述可变的分隔距离的变化同时地配置所述照射孔轮廓和检测孔轮廓中的两者。
102.根据方面97至100中任一项所述的量测装置，其中，所述光学元件包括液体透镜光学元件，并且所述一个或更多个光学元件中的至少一个光学元件包括可变孔径角，所述可变孔径角的变化同时地配置所述照射孔轮廓和检测孔轮廓中的两者。
103.根据方面97或98所述的量测装置，其中，所述一个或更多个光学元件包括至少一对光学板，其中所述至少一对光学板中的每个的角度的变化同时地配置所述照射孔轮廓和检测孔轮廓中的两者。
104.根据方面97至103中任一项所述的量测装置，其中，所述一个或更多个光学元件被包括在所述量测装置的光瞳平面内。
105.根据方面97或98所述的量测装置，其中，所述一个或更多个光学元件包括在所述量测装置的场平面或中间场平面中的至少一对光学反射镜，其中所述至少一对光学反射镜中的每个的角度的变化同时地配置所述照射孔轮廓和检测孔轮廓中的两者。
106.根据方面97至105中任一项所述的量测装置，包括用于在对所述衍射束的检测之前将所述照射束与所述衍射束分离开的其它光学元件。
107.根据方面96所述的量测装置，包括在所述量测装置的光瞳平面中的成像模式元件，所述成像模式元件包括一个或更多个反射区以及一个或更多个透射区，所述成像模式元件被布置使得改变其取向和/或位置同时地配置所述照射孔轮廓和检测孔轮廓中的两者。
108.根据方面54至107中任一项所述的量测装置，其中，所述照射孔轮廓能够配置成限定将仅包括照射辐射的中心径向数值孔径尺寸。
109.根据方面108所述的量测装置，还包括所述一个或更多个分离的检测区中的每个检测区的相对于所述照射孔轮廓的能够配置的安全边界部。
110.一种量测装置，所述量测装置用于利用具有至少一个波长的照射辐射来测量位于衬底上且具有至少一个周期性间距的周期性结构，所述量测装置包括：
用于保持所述衬底的衬底支撑件，所述衬底支撑件能够围绕其光轴旋转，所述量测装置能够操作以通过根据间距与波长的所述比率使所述衬底围绕所述光轴旋转来优化照射孔轮廓。
111.根据方面109所述的量测装置，其中，所述衬底的所述旋转使其能够实现：所述检测孔轮廓和/或照射孔轮廓的增大的区域；和/或与无旋转相比所述间距的增大的范围、和/或所述波长的增大的范围的可测量性。
虽然可以在本文中具体地参考在IC制造中光刻设备的使用，但应理解，本文中所描述的光刻设备可以具有其它应用。可能的其它应用包括制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头，等等。
虽然在本文中可以对在检查或量测设备的情境下的本发明的实施例进行具体参考，但本发明的实施例可以用于其它设备中。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、光刻设备或测量或处理诸如晶片(或其它衬底)或掩模(或其它图案形成装置)的对象的任何设备的部分。术语“量测设备”也可以指检查设备或检查系统。例如，包括本发明的实施例的检查设备可以用于检测衬底的缺陷或衬底上的结构的缺陷。在这种实施例中，衬底上的结构的所关注的特性可能关于结构中的缺陷、结构的特定部分的不存在或衬底上的不想要的结构的存在。
虽然具体提及“量测设备/工具/系统”或“检查设备/工具/系统”，但这些术语可以指相同或相似类型的工具、设备或系统。例如，包括本发明的实施例的检查或量测设备可以用于确定在衬底上或在晶片上的结构的特性。例如，包括本发明的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在衬底上或在晶片上的结构的缺陷。在这样的实施例中，衬底上的结构的所关注的特性可能关于结构中的缺陷、结构的特定部分的不存在或衬底上或晶片上的不想要的结构的存在。
虽然上文可能已经具体地参考在光学光刻术的情境下对本发明的实施例的使用，但应了解，在情境允许的情况下，本发明不限于光学光刻术，并且可以用于其它应用(例如压印光刻术)中。
虽然上文所描述的目标或目标结构(更通常，衬底上的结构)是出于测量的目的而专门设计和形成的量测目标结构，但在其它实施例中，可以对形成在衬底上的器件的功能性部分的一个或更多个结构测量所关注的性质。许多器件具有规则的类光栅结构。如本文中所使用的术语结构、目标光栅和目标结构不要求已专门针对正在被执行的测量来提供结构。另外，量测目标的间距P可以接近于散射仪的光学系统的分辨率极限或可能更小，但可以远大于目标部分C中通过光刻过程制得的典型产品特征的尺寸。实际上，可以使目标结构内的重叠光栅的线和/或空间包括在尺寸上类似于产品特征的较小结构。
虽然上文已描述本发明的特定实施例，但将了解，可以以与所描述的方式不同的其它方式来实践本发明。上文的描述旨在是说明性的，而不是限制性的。由此，本领域技术人员将明白，可以在不背离下文所阐述的权利要求的范围的情况下对所描述的本发明进行修改。
Claims (15)
1.一种利用具有至少一个波长的照射辐射来测量衬底上的周期性结构的方法，所述周期性结构具有至少一个间距，所述方法包括：
-基于所述间距与所述波长的比率来配置成下各项中的一个或更多个：
照射孔轮廓，所述照射孔轮廓包括傅里叶空间中的一个或更多个照射区；
用于测量的所述周期性结构的取向；以及
检测孔轮廓，所述检测孔轮廓包括傅里叶空间中的一个或更多个分离的检测区；
使得：i)在所述检测孔轮廓内捕获至少一对互补衍射阶的衍射辐射，和ii)所述衍射辐射填充所述一个或更多个分离的检测区的至少80％；和
-在应用照射孔轮廓、检测孔轮廓和所述周期性结构的取向中的经配置的一个或更多个的同时，测量所述周期性结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述照射孔轮廓包括傅里叶空间中的、用于从至少两个实质上不同的角度方向照射所述周期性结构的所述一个或更多个照射区；可选地，其中所述两个实质上不同的角度方向是两个相反方向。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述照射孔轮廓包括傅里叶空间中的、用于针对被包括在所述周期性结构内的子结构的两个周期性取向中的每个周期性取向，在所述两个实质上不同的角度方向上照射所述周期性结构的所述一个或更多个照射区，并且所述检测孔轮廓包括傅里叶空间中的四个检测区，所述四个检测区用于针对所述周期性取向中的每个周期性取向，捕获所述一对互补衍射阶中的相应的一个衍射阶。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述一个或更多个照射区中的每个单独的照射区对应于每个检测区中的相应的一个检测区，并且其中每个照射区与其对应的检测区相比大小相同或更大；并且，可选地，每个照射区比其对应的检测区大至多30％。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述一个或更多个照射区包括单个照射区，所述单个照射区包括除了用于所述检测孔轮廓的傅里叶空间和介于所述照射孔轮廓与检测孔轮廓之间的边界部之外的可用傅里叶空间。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，对照射孔轮廓的所述配置包括在物镜的光瞳平面或中间平面、或其等效平面中对所述照射辐射进行空间滤波，以施加所述照射轮廓。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述照射辐射包括多模辐射；或时间和/或空间不相干辐射或其近似物。
8.根据权利要求7所述的方法，包括校正在所述测量期间获得的所述周期性结构的图像。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述校正包括针对用于执行所述测量的传感器光学器件中的像差校正所述图像。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，针对像差的所述校正作为取决于场位置的校正而被执行。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述校正包括执行原始图像和校正核的卷积，其中所述校正核是取决于位置的。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：针对由于用以执行所述测量的所述传感器光学器件而造成的点扩散函数中的像差，校正所述图像以对所述点扩散函数重新整形。
13.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，对所述周期性结构的取向的所述配置包括根据所述间距与波长的比率，使所述周期性结构围绕光轴旋转。
14.根据任一前述权利要求所述的方法，包括同时配置所述照射孔轮廓和检测孔轮廓两者；其中，所述配置步骤可选地包括改变所述衍射辐射的至少一对所述衍射束和所述照射辐射的至少一对照射束的路径中的一个或更多个光学元件，使得所述衍射束和所述照射束的轨迹在所述傅里叶空间中被平移和/或移位。
15.一种用于测量衬底上的周期性结构的量测装置，所述量测装置包括：
检测孔轮廓，所述检测孔轮廓包括傅里叶空间中的一个或更多个分离的检测区；和
照射孔轮廓，所述照射孔轮廓包括傅里叶空间中的一个或更多个照射区；
其中，能够基于所述周期性结构的至少一个间距与用于测量所述周期性结构的照射辐射的至少一个波长的比率来配置所述检测孔轮廓、所述照射孔轮廓、以及包括正在被测量的周期性结构的衬底的衬底取向中的一项或更多项，使得：
i)在所述检测孔轮廓内捕获至少一对互补衍射阶，以及
ii)所述一对互补衍射阶的辐射填充所述一个或更多个分离的检测区的至少80％。
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