CN115427793B - 用于测量偏移的计量方法及光学方案 - Google Patents

用于测量偏移的计量方法及光学方案 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种经配置以测量样本上的覆盖误差的计量系统。所述计量系统在第一方向及/或第二方向上同时或依序测量所述样本上的覆盖误差。所述计量系统包括照明子系统，所述照明子系统经配置以使用一或多个照明波瓣照明所述样本上的具有阴影线的覆盖目标。所述计量系统进一步包括物镜及检测器，所述检测器位于图像平面处，所述检测器经配置以对所述具有阴影线的覆盖目标成像。控制器经配置以引导照明源产生所述照明波瓣、接收所述具有阴影线的覆盖目标的图像及计算所述样本的第一层与所述样本的第二层之间的覆盖误差。

Description

用于测量偏移的计量方法及光学方案
相关申请案的交叉引用
本申请案根据35U.S.C.§119(e)规定主张2020年4月23日以尤尔·费勒(YoelFeler)为发明人申请的名称为“用于通过使用具有阴影线的目标设计来测量偏移的计量方法及光学方案(METROLOGY METHODS AND OPTICAL SCHEMES FOR MEASUREMENT OF THEMISREGISTRATION BY USING HATCHED TARGET DESIGN)”的第63/014,131号美国临时申请案的权利，所述案的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本公开大体上涉及对覆盖计量成像，且更特定来说，本公开涉及对具有阴影线的元件的覆盖目标成像。
背景技术
覆盖计量的不断缩小的设计规则及越来越高要求的规范推动对覆盖计量方法的敏感度及稳健性的需求增加。通常通过在样本(例如半导体晶片或光掩模)上的所关注的多个层中制造具有制造特征的专用计量目标来执行覆盖计量。因此，对制造计量目标的分析可提供所关注的样本层之间的覆盖误差(例如相对对准误差)的测量。尽管已提出多种覆盖计量目标设计，但仍需要改进计量目标设计以及测量方法以准确且有效地分析制造计量目标。
发明内容
本文公开一种根据本公开的一或多个说明性实施例的计量系统。在一个说明性实施例中，所述计量系统包括经配置以按法线入射角将照明波瓣从照明源引导到样本上的具有阴影线的覆盖目标的照明子系统。所述具有阴影线的覆盖目标包含具有沿第一方向的周期性的第一方向光栅及具有沿不同于所述第一方向的第二方向的周期性的第二方向光栅。所述具有阴影线的覆盖目标包括：第一组单元，每一单元包含所述样本的第一层中的所述第一方向光栅中的至少一者及与所述第一方向光栅重叠的所述样本的第二层中的所述第二方向光栅中的至少一者；及第二组单元，每一单元包含所述样本的所述第一层中的所述第二方向光栅中的至少一者及与所述第二方向光栅重叠的所述样本的所述第二层中的所述第一方向光栅中的至少一者。在另一说明性实施例中，所述计量系统包括成像子系统，其包括：光瞳屏蔽，其位于光瞳平面中，其中所述光瞳屏蔽的第一配置使沿所述第一方向的一阶衍射通过且阻挡沿所述第二方向的非零衍射；及检测器，其位于场平面处，所述检测器经配置以基于由所述光瞳屏蔽通过的衍射级对所述具有阴影线的覆盖目标成像。在另一说明性实施例中，所述计量系统包括可通信地耦合到所述成像子系统的控制器，所述控制器包含一或多个处理器，所述一或多个处理器经配置以执行程序指令以引起所述一或多个处理器：引导所述光瞳屏蔽根据所述第一配置来配置；基于所述第一配置中由所述光瞳屏蔽通过的所述衍射级而从所述检测器接收具有阴影线的覆盖目标的第一方向图像，其中所述第一方向光栅在所述第一方向图像中至少部分地解析且所述第二方向光栅在所述第一方向图像中未解析；及基于所述第一方向图像而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第一方向的相对位置相关联的覆盖测量。
本文公开一种根据本公开的一或多个说明性实施例的计量系统。在一个说明性实施例中，所述计量系统包括经配置以选择性地将照明从照明源引导到样本上的具有阴影线的覆盖目标的照明子系统。所述具有阴影线的覆盖目标包含具有沿第一方向的周期性的第一方向光栅及具有沿不同于所述第一方向的第二方向的周期性的第二方向光栅。所述照明包含经定向以按倾斜角度照明所述样本的至少一个照明波瓣。所述具有阴影线的覆盖目标包括：第一组单元，每一单元包含所述样本的第一层中的所述第一方向光栅中的至少一者及与所述第一方向光栅重叠的所述样本的第二层中的所述第二方向光栅中的至少一者；及第二组单元，每一单元包含所述样本的所述第一层中的所述第二方向光栅中的至少一者及与所述第二方向光栅重叠的所述样本的所述第二层中的所述第一方向光栅中的至少一者。在另一说明性实施例中，所述计量系统包括成像子系统，其包含位于场平面处的检测器，所述检测器经配置以对所述具有阴影线的覆盖目标成像。在另一说明性实施例中，所述计量系统包括可通信地耦合到所述成像子系统的控制器，所述控制器包含一或多个处理器，所述一或多个处理器经配置以执行程序指令以引起所述一或多个处理器：基于沿所述第一方向的两个对称相对的照明波瓣而从所述照明源接收所述具有阴影线的覆盖目标的一或多个第一方向图像，其中所述成像子系统的收集光瞳包含沿所述第一方向来自所述两个对称相对的照明波瓣中的每一者的0阶衍射及一阶衍射束，其中沿所述第二方向的非零衍射在所述收集光瞳外部；及基于所述一或多个第一方向图像而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第一方向的相对位置相关联的覆盖测量。
本文公开一种根据本公开的一或多个说明性实施例的计量系统。在一个说明性实施例中，所述计量系统包括配置以选择性地将照明从照明源引导到样本上的具有阴影线的覆盖目标的照明子系统。所述具有阴影线的覆盖目标包含具有沿第一方向的周期性的第一方向光栅及具有沿不同于所述第一方向的第二方向的周期性的第二方向光栅，且所述照明包含经定向以沿不同于所述第一方向或所述第二方向的至少一个方向照明所述样本的至少一个照明波瓣。所述具有阴影线的覆盖目标包括：第一组单元，每一单元包含所述样本的第一层中的所述多个第一方向光栅中的至少一者及与所述第一方向光栅重叠的所述样本的第二层中的所述多个第二方向光栅中的至少一者；及第二组单元，每一单元包含所述样本的所述第一层中的所述多个第二方向光栅中的至少一者及与所述第二方向光栅重叠的所述样本的所述第二层中的所述多个第一方向光栅中的至少一者。在另一说明性实施例中，所述计量系统包括：检测器，其位于图像平面处以对所述具有阴影线的覆盖目标成像；光瞳屏蔽，其经配置以使与由所述具有阴影线的覆盖目标的所述照明的衍射相关联的选定衍射级通过。由所述检测器基于所述选定衍射级产生的所述具有阴影线的覆盖目标的图像包含沿不同于所述第一方向或所述第二方向的一或多个穆尔(Moiré)光栅方向呈周期性的所述第一组单元及所述第二组单元的位置中的穆尔图案。在另一说明性实施例中，所述计量系统包括可通信地耦合到所述检测器及所述光瞳屏蔽的控制器。所述控制器包含一或多个处理器，所述一或多个处理器经配置以执行程序指令以引起所述一或多个处理器基于所述具有阴影线的目标的一或多个图像中的所述穆尔图案来确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第一方向及所述第二方向的相对位置相关联的覆盖测量。
应理解前述一般描述及以下详细描述两者均仅为示范性及阐释性的且不必要限制所主张的本发明。并入说明书中且构成说明书的一部分的附图说明本发明的实施例且与一般描述一起用于阐释本发明的原理。
附图说明
所属领域的技术人员可通过参考附图更好地理解本公开的多个优点，其中：
图1是根据本公开的一或多个实施例的计量系统的框图视图。
图2A到2C是说明根据本公开的一或多个实施例的计量目标的具有阴影线的层的俯视平面图。
图3说明根据本公开的一或多个实施例的用于使用具有阴影线的覆盖目标的样本照明及收集的单步骤向心配置。
图4说明根据本公开的一或多个实施例的用于样本照明及收集的单步骤向心配置。
图5说明根据本公开的一或多个实施例的用于样本照明及收集的单步骤偏心配置。
图6A及6B说明根据本公开的一或多个实施例的用于样本照明及收集的两步骤偏心配置。
图7A及7B说明根据本公开的一或多个实施例的用于样本照明及收集的两步骤偏心配置。
图8A到8D说明根据本公开的一或多个实施例的用于样本照明及收集的四步骤偏心倾斜配置。
图9说明根据本公开的一或多个实施例的覆盖测量向量计算。
图10A及10B说明根据本公开的一或多个实施例的图8C及8D中所展示的步骤的替代配置。
图11A及11B说明根据本公开的一或多个实施例的图8A到8D中所展示的步骤的替代配置。
图12说明根据本公开的一或多个实施例的图11B中所展示的第二步骤的替代配置。
图13说明说明根据本公开的一或多个实施例的图8A到8D中所展示的步骤的替代单步骤配置。
具体实施方式
现将详细参考说明于附图中的所公开的主题。已特别相对于某些实施例及其具体特征展示及描述本公开。本文所阐述的实施例被视为说明性而非限制性。如本文所使用，方向术语(例如“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“在…上”、“在…下”、“上”、“向上”、“下”、“下面”、“向下”、“水平”及“垂直”)旨在为了描述而提供相对位置且不旨在指定绝对参考框架。另外，术语“运算”、“计算”、“确定”及“产生”可互换地解释。所属领域的一般技术人员应易于明白可在不背离本公开的精神及范围的情况下对形式及细节进行各种改变及修改。
本公开涉及使用具有阴影线的覆盖目标(例如具有阴影线的图案的计量目标)测量样本(例如半导体晶片或光掩模)的层之间的覆盖误差。覆盖误差可在第一方向(例如水平或X方向)及/或第二方向(例如垂直或Y方向)上测量。可通过将收集相机(例如图像检测器)放置于场平面(例如图像平面)中以捕获样本上的具有阴影线的覆盖目标的图像来执行测量。
覆盖误差测量的主要技术包含成像、散射测量及扫描电子显微术(SEM)。常见的光学架构是集中照明的规则成像，且常见的覆盖目标设计是“并排”周期性目标设计(例如目标；加利福尼亚州米尔皮塔斯(Milpitas，CA)的KLA公司的注册商标)。当执行常规成像技术时，若干缺点显而易见。一个缺点是需要覆盖目标中的大禁区以防止目标的不同部分之间的串扰。另一缺点是目标设计与实际装置结构(例如随机存取存储器[RAM]结构)的差异。此外，第7,671,990号美国专利(所述专利的全部内容以引用的方式并入本文中)中描述的经配置用于X方向及Y方向覆盖测量的具有阴影线的目标可不提供准确测量，因为在X方向光栅与Y方向光栅之间可发生串扰(例如在图像层级)。
具有阴影线的覆盖目标可包含拥有具有阴影线的图案的单元(即，象限)。覆盖目标的每一单元可包括至少两层不同光栅结构，其中第一方向光栅结构沿样本的第一层上的第一方向(例如X方向)呈周期性且第二层光栅结构沿样本的第二层上的第二方向(例如Y方向)呈周期性，或反之亦然。本公开的实施例可改进具有阴影线的目标的测量且可缓解若干主要问题。
第一问题与目标大小(即，样本上的区域)有关。常规计量目标包含覆盖目标上的重要区域的相对大数目个禁区。相比来说，具有阴影线的目标可需要较少禁区。另外，常规计量目标可包含具有大周期性(例如光栅结构中的光栅之间的距离)的光栅结构，其需要大目标尺寸(否则，目标可为非周期的且可不太工艺兼容)。因此，具有阴影线的目标的特殊照明方案可实现较小计量目标。
第二问题与覆盖目标的层之间的对比度差异有关，穆尔图案技术可减轻所述差异(相对于图8A到12描述)。归因于光栅结构的方向的差异及穆尔衍射级(例如一阶衍射)的所得干扰，收集图像中可出现穆尔图案。
第三问题与工艺兼容性有关。光栅结构上的具有阴影线的光栅可更工艺兼容(即，提高由覆盖目标相对于特定装置结构提供的覆盖测量的准确度)。具有阴影线的覆盖目标可更工艺兼容，尤其当使用切割到主动测量方案时，其中结构更接近实际装置结构(与可偏离实际装置结构太远的光栅并排、规则穆尔或散射测量覆盖(SCOL)目标设计相反)。
本文考虑，具有阴影线的覆盖目标(或其单元)通常可将入射照明(例如具有窄范围入射角的入射照明波瓣)衍射成沿第一方向及第二方向两者的离散衍射级。衍射级沿给定方向的分布通常可由界定与目标或覆盖计量系统相关联的因子的计量配方控制，例如(但不限于)沿第一方向及第二方向的节距、目标特征的线/空间比、入射照明的波长、照明的入射角或成像系统的数值孔径。
本文经进一步考虑，具有阴影线的覆盖目标(或其单元)的图像可通过控制来自形成图像的基础的目标的衍射级的分布而受影响。例如，计量配方可经设计以提供特定衍射级的收集。此外，可由光瞳屏蔽阻挡收集光瞳中的选定衍射级。
在一些实施例中，具有阴影线的覆盖目标在仅沿特定测量方向的光栅结构在图像中解析的条件下成像。例如，基于沿第一方向的两个或更多个衍射级(例如阻挡或未收集沿第二方向的非零衍射级)而形成具有阴影线的覆盖目标的图像可导致仅在图像中解析(或至少部分地解析)第一方向光栅结构。此图像可在本文中称为第一方向图像。通过将具有阴影线的覆盖目标布置为在第一样本层上具有含第一方向光栅结构的第一组单元及在第二样本层上具有含第一方向光栅结构的第二组单元，可使用任何适合技术产生第一与第二样本层之间的覆盖测量。作为非限制性实例，沿第一方向的覆盖误差可与沿第一方向的图像中第一组单元及第二组单元的对称中心之间的差异成比例。基于沿第二方向的两个或更多个衍射级(例如阻挡或未收集沿第一方向的非零衍射级)，也可使用具有阴影线的覆盖目标的图像进行类似覆盖测量。此图像在本文中可称为第二方向图像。
另外，本文考虑，用于产生覆盖测量的不同覆盖算法可基于照明条件而利用不同数目个图像。在一些实施例中，沿特定测量方向(例如第一方向或第二方向)的覆盖测量基于从以法线入射角的照明形成的单个图像。在一些实施例中，沿特定测量方向的覆盖测量基于从使用对称相对的照明波瓣的照明形成的一或多个图像。
在一些实施例中，具有阴影线的覆盖目标在穆尔图案而非光栅上的光栅特征本身可见的条件下成像。例如，穆尔图案可具有沿相对于第一方向及第二方向成对角线的穆尔光栅方向定向的周期性且与特定区域中的第一方向及第二方向光栅结构的周期有关。通过产生其中穆尔图案沿两个不同(例如正交)穆尔光栅方向可见的图像，2D覆盖测量可行。
图1是根据本公开的一或多个实施例的计量系统100的框图视图。计量系统100可使用所属领域中已知的任何方法在至少一个检测器104上产生样本102的一或多个图像。
在一个实施例中，计量系统100包含经配置以产生照明束108(例如一或多个照明波瓣)的照明源106。照明束108可包含一或多个选定波长的光，包含(但不限于)真空紫外辐射(VUV)、深紫外辐射(DUV)、紫外(UV)辐射、可见辐射或红外(IR)辐射。照明源106可进一步产生包含选定波长的任何范围的照明束108。在另一实施例中，照明源106可包含光谱可调照明源以产生具有可调光谱的照明束108。应注意，可使用放置于照明源106前方的屏蔽而使照明束108成形为一或多个照明波瓣。以此方式，可控制样本102上的照明波瓣的放置(例如照明波瓣可引导到计量目标的特定象限或单元)。
照明源106可进一步产生具有任何时间轮廓的照明束108。例如，照明源106可产生连续照明束108、脉冲照明束108或调制照明束108。另外，照明束108可经由自由空间传播或引导光(例如光纤、光管或其类似者)从照明源106输送。在一些实施例中，照明束108可包括非相干光。在其它实施例中，照明束108可包括相干光。
在另一实施例中，照明束108经由照明路径110引导到样本102。照明路径110可包含一或多个透镜112或适合于修改及/或调节照明束108的额外照明光学组件114。例如，一或多个照明光学组件114可包含(但不限于)一或多个偏振器、一或多个滤光器、一或多个分束器、一或多个扩散器、一或多个均质器、一或多个变迹器、一或多个束成形器或一或多个快门(例如机械快门，电光快门、声光快门等)。举另一实例，一或多个照明光学组件114可包含用于控制样本102上的照明角度的孔径光阑及/或用于控制样本102上的照明的空间范围的视场光阑。在一个例子中，照明路径110包含位于与物镜116的后焦平面共轭的平面处的孔径光阑以提供样本的远心照明。在另一实施例中，计量系统100包含物镜116以将照明束108聚焦于样本102上。
在另一实施例中，样本102安置于样本台118上。样本台118可包含适合于将样本102定位在计量系统100内的任何装置。例如，样本台118可包含线性平移台、旋转台、尖端/倾斜台等的任何组合。
在另一实施例中，检测器104经配置以通过收集路径122捕获从样本102发出的辐射(例如样本光120)。例如，收集路径122可包含(但不需要包含)收集透镜(例如如图1中所说明的物镜116)或一或多个额外收集路径透镜124。在这点上，检测器104可接收从样本102反射或散射(例如经由镜面反射、漫反射及其类似者)或由样本102产生的辐射(例如与照明束108的吸收相关联的发光或其类似者)。
收集路径122可进一步包含任何数目个收集光学组件126以引导及/或修改由物镜116收集的照明，包含(但不限于)一或多个收集路径透镜124、一或多个滤光器、一或多个偏振器或一或多个束块。另外，收集路径122可包含视场光阑以控制成像到检测器104上的样本的空间范围或孔径光阑以控制用于在检测器104上产生图像的来自样本的照明的角范围。在另一实施例中，收集路径122包含位于与物镜116的光学元件的后焦平面共轭的平面中的孔径光阑以提供样本的远心成像。
检测器104可包含适合于从样本102收集照明的所属领域中已知的任何类型的光学检测器。例如，检测器104可包含适合于产生静态样本102的一或多个图像(例如在静态操作模式下)的传感器，例如(但不限于)电荷耦合装置(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器、光电倍增管(PMT)阵列或雪崩光二极管(APD)阵列。此外，检测器104可包含具有每像素两个或更多个分接头的多分接头传感器，包含(但不限于)多分接头CMOS传感器。在这点上，在曝光窗口期间，可基于到像素的一或多个驱动信号将多分接头像素中的电荷引导到任何选定分接头。因此，包含多分接头像素阵列的多分接头传感器可在单个读出阶段期间产生多个图像，每一者与相关联的像素的不同分接头相关联。此外，为了本公开，多分接头传感器的分接头可指连接到相关联的像素的输出分接头。在这点上，读出多分接头传感器的每一分接头(例如在读出阶段中)可产生单独图像。
举另一实例，检测器104可包含适合于产生运动中的样本102的一或多个图像的传感器(例如扫描操作模式)。例如，检测器104可包含包括一行像素的线传感器。在这点上，计量系统100可通过在垂直于像素行的扫描方向上平移样本102通过测量视野且在连续曝光窗口期间连续计时线传感器而一次一行地产生连续图像(例如条带图像)。
在另一例子中，检测器104可包含包括多个像素行及读出行的TDI传感器。除时钟信号可连续地将电荷从一个像素行移动到下一像素行直到电荷到达其中产生图像的一行的读出行之外，TDI传感器可以类似于线传感器的方式操作。通过使电荷转移(例如基于时钟信号)与样本沿扫描方向的运动同步，电荷可在像素行上继续累积以提供与线传感器相比相对较高的信噪比。
在另一实施例中，检测器104可包含适合于识别从样本102发出的辐射的波长的光谱检测器。在另一实施例中，计量系统100可包含多个检测器104(例如与由一或多个分束器产生的多个束路径相关联)以促进通过计量系统100进行多个计量测量。例如，计量系统100可包含适合于静态模式成像的一或多个检测器104及适合于扫描模式成像的一或多个检测器104。在另一实施例中，计量系统100可包含适合于静态及扫描成像模式两者的一或多个检测器104。
在一个实施例中，如图1中所说明，计量系统100包含经定向使得物镜116可同时将照明束108引导到样本102及收集从样本102发出的辐射的分束器128。
在另一实施例中，样本102上的照明束108的入射角是可调整的。例如，可调整照明束108通过分束器128及物镜116的路径以控制样本102上的照明束108的入射角。在这点上，照明束108可具有通过分束器128及物镜116的标称路径使得照明束108在样本102上具有法线入射角。举另一实例，可通过修改分束器128上的照明束108的位置及/或角度(例如通过可旋转镜、空间光调制器、自由形式照明源或其类似者)来控制样本102上的照明束108的入射角。在另一实施例中，照明源106以一角度(例如掠射角、45度角或其类似者)将一或多个照明束108引导到样本102。
在另一实施例中，计量系统100包含控制器130。在另一实施例中，控制器130包含经配置以执行维持在存储器媒体134上的程序指令的一或多个处理器132。在这点上，控制器130的一或多个处理器132可执行本公开中所描述的各种工艺步骤中的任何者。此外，控制器130可经配置以从检测器104接收包含(但不限于)样本102的图像的数据。
控制器130的一或多个处理器132可包含所属领域中已知的任何处理元件。在此意义上，一或多个处理器132可包含经配置以执行算法及/或指令的任何微处理器型装置。在一个实施例中，一或多个处理器132可包含桌面计算机、主计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或经配置以执行经配置以操作计量系统100的程序的任何其它计算机系统(例如联网计算机)，如本公开所描述。应进一步认识到术语“处理器”可被广泛地界定为涵盖具有执行来自非暂时性存储器媒体134的程序指令的一或多个处理元件的任何装置。此外，本公开中所描述的步骤可由单个控制器130或替代地多个控制器执行。另外，控制器130可包含容置于共同外壳中或多个外壳内的一或多个控制器。以此方式，任何控制器或控制器的组合可单独封装为适合于集成到计量系统100中的模块。此外，控制器130可分析从检测器104接收的数据且将数据馈送到计量系统100内或计量系统100外部的额外组件。
存储器媒体134可包含所属领域中已知的适合于存储可由相关联的一或多个处理器132执行的程序指令的任何存储媒体。例如，存储器媒体134可包含非暂时性存储器媒体。举另一实例，存储器媒体134可包含(但不限于)只读存储器、随机存取存储器、磁性或光学存储器装置(例如光盘)、磁带、固态驱动器及其类似者。应进一步注意存储器媒体134可与一或多个处理器132一起容置于共同控制器外壳中。在一个实施例中，存储器媒体134可相对于一或多个处理器132及控制器130的物理位置远程定位。例如，控制器130的一或多个处理器132可存取可通过网络(例如因特网、内联网及其类似者)存取的远程存储器(例如服务器)。因此，以上描述不应被解释为对本发明的限制而仅为说明。
在另一实施例中，控制器130通信地耦合到计量系统100的一或多个元件。在这点上，控制器130可从计量系统100的任何组件传输及/或接收数据。此外，控制器130可通过针对相关联的组件产生一或多个驱动信号来引导或以其它方式控制计量系统100的任何组件。例如，控制器130可通信地耦合到检测器104以从检测器104接收一或多个图像。
此外，控制器130可提供一或多个驱动信号到检测器104以实施本文所描述的检测技术中的任何者。举另一实例，控制器130可通信地耦合到组件的任何组合以控制与图像相关联的光学配置，包含(但不限于)照明源106、照明光学组件114、收集光学组件126、检测器104或其类似者。在一些实施例中，计量系统100可包含经配置以将一或多个照明波瓣从照明源106引导到样本102上的具有阴影线的覆盖目标的照明子系统。在一些实施例中，计量系统100可包含成像子系统，所述成像子系统包含(例如)物镜、位于收集光瞳平面处的光瞳屏蔽、及位于场平面处的检测器104，所述检测器经配置以基于由光瞳屏蔽传递的衍射级而对具有阴影线的覆盖目标成像。在一些实施例中，控制器可针对不同覆盖测量来配置光瞳屏蔽。例如，在用于X方向测量的第一配置中，光瞳屏蔽可阻挡与光瞳平面处的Y方向测量相关联的衍射级。替代地，在用于Y方向测量的第二配置中，光瞳屏蔽可阻挡与光瞳平面处的X方向测量相关联的衍射级。
图2A到C是展示具有阴影线的覆盖目标的层的俯视平面图(例如在样本102上)。图2A展示第一层201，其包括具有沿X方向的第一周期性的两个光栅结构(例如X方向光栅结构)及具有沿Y方向的第二周期性的两个光栅结构(例如Y方向光栅结构)。图2B展示第二层203，其包括具有沿X方向的第一周期性的两个光栅结构(例如X方向光栅结构)及具有沿Y方向的第二周期性的两个光栅结构(例如Y方向光栅结构)。本文应注意，术语“X方向”及“Y方向”用于说明且不应被解释为限制本公开。一般来说，第一方向(例如X方向或水平方向)可不与第二方向(例如Y方向或垂直方向)平行(或大体上不平行)。另外，在一些实施例中，第一方向可正交(或大体上正交)于第二方向。
图2C展示由与第一层201重叠的第二层203形成的具有阴影线的覆盖目标。在其它实施例中，第一层201可与第二层203重叠。具有阴影线的覆盖目标可包含两组单元。对于第一组单元，沿第二层203的Y方向的光栅结构可与沿第一层201的X方向的光栅结构重叠。对于第二组单元，沿第二层203的X方向的光栅结构可与沿第一层201的Y方向的光栅结构重叠。
对于层201及203中的任一者，沿X方向定向的光栅结构的周期性可在值上不同于沿Y方向定向的光栅结构的周期性。另外，第一层201中的光栅结构的周期性可在值上不同于第二层203中的光栅结构的周期性。然而，在一些实施例中，将第一层201中的光栅结构的周期性配置为等于或接近第二层203中的光栅结构的周期性可能是有利的。
图3到12说明使用具有两个或更多层的具有阴影线的覆盖目标的样本照明(例如在照明或入射光瞳处)及收集(例如在一或多个收集或出射光瞳处)的各种光学配置。
通过配置计量配方以界定光栅结构的各种周期性、照明及收集路径的数值孔径、照明的放置、样本光的波长及(视情况)收集光瞳平面处的光瞳屏蔽，每一测量方向的适当衍射级可通过收集光瞳(且非所要衍射级可在收集光瞳处被阻挡)以在检测器104处产生图像。接着，图像可用于使用偏移算法计算覆盖测量。在一些实施例中，可测量一个测量方向(例如X方向)。例如，可产生具有阴影线的覆盖目标的一或多个图像，其中仅解析沿测量方向的光栅特征。在一些实施例中，可测量两个测量方向(例如X方向及Y方向)。例如，可产生具有阴影线的覆盖目标的一或多个图像，其中具有阴影线的覆盖目标的各种单元显现为沿不同于目标中的光栅的周期性的方向的一或多个穆尔光栅方向对角线定向的穆尔光栅结构。
相对于图3到12描述的光学配置可有利地改进常规覆盖计量的若干方面。举例来说，光栅结构的周期性可显著地降低，其可实现较小计量目标。较小计量目标可降低制造成本，因为在半导体晶片、光罩等上可仅需要较少空间以用于计量目的。另外，改进目标的层之间的对比度可提高覆盖测量的准确度。此外，可使用较少步骤来执行覆盖测量。
在一些实施例中，相对于图3到12所描述的光学配置可包含利特罗(Littrow)照明配置。第10,197,389号美国专利及第2020/0132446号美国专利申请公开案中描述利特罗照明(参阅(例如)图1)，这两个专利的全部内容均以引用的方式并入本文中。在利特罗照明配置中，待收集的衍射级相对于照明波瓣以180°衍射(例如在照明波瓣撞击样本的表面的相反方向)。利特罗照明配置的优点可包含焦点独立性及增加准确度。应注意，本公开不受限于此且其它照明配置也可行。如果使用利特罗照明配置，那么覆盖测量及对比度均可能对焦点位置不敏感。如果不使用利特罗照明配置，那么仅对比度可对焦点位置不敏感。利特罗照明可需要调整光栅结构的周期性及光学路径的数值孔径(NA)两者以产生准确测量。在一些实施例中，相对于图3到12所描述的光学配置可包括暗场两个束成像配置。第7,440,105号美国专利中描述简单暗场配置，所述专利的全部内容以引用的方式并入本文中。
对于每一测量步骤，可期望产生(a)展示对于计量目标的所有象限沿相同方向(例如X方向或Y方向)定向的光栅及(b)防止具有其它定向的光栅干扰测量(例如如果要测量X方向光栅，那么应从图像阻挡Y方向光栅)的图像。例如，为产生用于X方向重叠测量的此图像，系统100可经配置以使选定衍射级(与X方向测量相关联)通过收集光瞳，且使衍射级(与Y方向测量相关联)留在收集光瞳之外。在一些实施例中，可调整的光瞳屏蔽(即，一或多个孔径光阑及/或阻挡器)可放置于收集光瞳处以阻挡由收集光瞳处的X方向光栅产生的衍射级(当测量Y方向时)或阻挡由收集光瞳处的Y方向光栅产生的衍射级(当测量X方向时)。
图3及4展示用于样本102的照明(例如在照明或入射光瞳处)及从样本反射或散射的光(例如在一或多个收集或出射光瞳处)的收集的计量系统100的单步骤向心配置。在一些实施例中，单个照明波瓣可以法线入射角撞击覆盖目标。物镜可经配置以从具有阴影线的覆盖目标收集光。收集光瞳处的可调整光瞳屏蔽可经配置以使适当衍射级(例如在一个方向上的测量所需的衍射级)通过且阻挡非所要衍射级(例如对于测量不需要的衍射级)。应注意，尽管图3及4描述沿X方向(即，第一方向)的覆盖测量，但类似技术可用于沿Y方向(即，第二方向)的覆盖测量，且本公开不受限于特定方向上的覆盖测量。
图3展示用于样本102的照明(例如在照明或入射光瞳处)及收集(例如在一或多个收集或出射光瞳处)的计量系统100的单步骤向心配置。样本102可包含大体上类似于图2C中所展示的计量目标的具有阴影线的覆盖目标。在本实施例中，可沿X方向测量覆盖。照明波瓣301可照明样本102(例如样本层201及202)的具有阴影线的覆盖目标。第一方向光栅可衍射照明波瓣301且产生沿第一方向的一阶衍射及0阶衍射。第二方向光栅可衍射照明波瓣301且产生沿第二方向的一阶衍射及0阶衍射。在一些实施例中，可调整的光瞳屏蔽315可阻挡由在收集光瞳平面处沿非测量方向定向的光栅产生的衍射级。例如，在用于X方向测量的第一配置中，光瞳屏蔽315可阻挡由Y方向光栅产生的非零衍射(例如一阶衍射、二阶衍射及更高阶衍射)。在用于Y方向测量的第二配置中，光瞳屏蔽315可阻挡由X方向光栅产生的非零衍射。
位于场平面(例如与样本102共轭)处的检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生图像。样本102的特征可现在所产生的图像中。X方向光栅可在图像中至少部分地解析且Y方向光栅可在图像中未解析。可使用任何常规覆盖测量算法(例如偏移算法)从图像计算覆盖测量。图3中所展示的实施例的优点可为通过使X方向测量与Y方向测量隔离来减少串扰。
图4展示用于样本102的照明(例如在照明或入射光瞳处)及收集(例如在一或多个收集或出射光瞳处)的计量系统100的单步骤向心配置。样本102可包含大体上类似于图2C中所展示的计量目标的具有阴影线的覆盖目标。在本实施例中，可沿X方向测量覆盖。照明波瓣301可也如图3中所说明以法线入射角照明样本102(例如样本层201及202)的具有阴影线的覆盖目标。在本实施例中，光瞳屏蔽315可经进一步配置以阻挡用于X及Y方向测量的0阶衍射(例如以实现暗场测量)。
位于场平面(例如与样本102共轭)处的检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生图像。样本102的特征可出现在所产生的图像中。X方向光栅可在图像中至少部分地解析且Y方向光栅可在图像中未解析。由于0阶衍射由屏蔽315阻挡，因此在图像中解析的表观X方向光栅可看起来具有为样本102上的X方向光栅的实际周期(例如真实周期或物理周期)的一半(1/2)的周期。可使用任何常规覆盖测量算法(例如偏移算法)从图像计算覆盖测量。图4中所展示的实施例的优点可为通过使X方向测量与Y方向测量隔离来减少串扰效应。另外，暗场测量可最小化覆盖对聚焦的敏感度且从图像移除DC。
图5到7B展示用于样本102的照明(例如在照明或入射光瞳处)及收集(例如在一或多个收集或出射光瞳处)的计量系统100的偏心配置。在一些实施例中，两个照明波瓣可以相对于目标对称相对的倾斜角(依序或同时地)撞击覆盖目标。物镜可经配置以收集来自具有阴影线的覆盖目标的光，且计量系统100可经布置以收集适当衍射级(例如测量方向所需的衍射级)。应注意，图5到7B展示沿X方向(即，第一方向)及沿Y方向(即，第二方向)的覆盖测量，且本公开不受限于特定方向上的覆盖测量。
图5展示用于样本102的照明(例如在照明或入射光瞳处)及收集(例如在一或多个收集或出射光瞳处)的计量系统100的单步骤偏心配置。样本102可包含大体上类似于图2C中所展示的计量目标的具有阴影线的覆盖目标。在本实施例中，可沿X方向测量覆盖。照明波瓣301及303可照明沿第一方向彼此对称相对的样本102的具有阴影线的覆盖目标(例如样本层201及202)。第一方向光栅可衍射照明波瓣301及303且产生沿第一方向的一阶衍射束及0阶衍射。第二方向光栅可衍射照明波瓣301及303且产生沿第二方向的一阶衍射束及0阶衍射。在一些实施例中，系统100可经布置使得选定衍射级(例如由X方向光栅产生的一阶衍射及由X方向及Y方向光栅两者产生的零阶衍射)通过收集光瞳，且其它衍射级(例如由Y方向光栅产生的非零衍射)未由计量系统100收集或以其它方式在收集光瞳的边界外部。以此方式，由沿X方向定向的光栅产生的衍射级可形成具有阴影线的覆盖目标的图像的基础。
位于场平面(例如与样本102共轭)处的检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生图像。样本102的特征可出现在所产生的图像中。X方向光栅可在图像中至少部分地解析且Y方向光栅可在图像中未解析。可使用任何常规覆盖测量算法(例如偏移算法)从图像计算覆盖。图5中所展示的实施例的优点可为通过使X方向测量与Y方向测量隔离来减少串扰。另外，本实施例实现光栅结构周期性(例如约400到800nm)，其可显著减小计量目标的大小。例如，当所收集的图像中的每一单元具有七个可见节距时，整个计量目标(约十四个节距)可约为6微米。因此，计量目标的面积可减少到低于6微米乘6微米，同时另外保留较大计量目标的所有能力。
图6A及6B展示用于样本102的照明(例如在照明或入射光瞳处)及收集(例如在一或多个收集或出射光瞳处)的计量系统100的两步骤偏心配置。样本102可包含大体上类似于图2C中所展示的计量目标的具有阴影线的覆盖目标。在本实施例中，可沿X方向测量覆盖且可将由Y方向光栅产生的衍射级从收集光瞳排除。因此，隔离由沿X方向定向的光栅产生的衍射级。在一些实施例中，源屏蔽可阻挡照明源106以使用两个照明波瓣301及303依序照明覆盖目标。源屏蔽可在第一时间阻挡照明源106处的第一照明波瓣301且随后可在第二时间阻挡照明源106处的第二照明波瓣303。替代地，照明源可依序产生第一照明波瓣301及第二照明波瓣303。本文应注意，不需要均衡照明波瓣301及303(例如在强度等方面)。
在图6A中所展示的第一步骤中，照明波瓣301可沿第一方向照明样本102(例如样本层201及202)的具有阴影线的覆盖目标。第一方向光栅可衍射照明波瓣301且产生沿第一方向的一阶衍射束及0阶衍射。一阶衍射束及0阶衍射可通过收集光瞳且由第二方向光栅产生的非零衍射可未由计量系统100收集或以其它方式在收集光瞳外部。位于场平面(例如与样本102共轭)处的检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级来产生第一图像。样本102的特征可出现在第一图像中。X方向光栅可在第一图像中至少部分地解析且Y方向光栅可在第一图像中未解析。
在图6B中所展示的第二步骤中，照明波瓣303可沿与第一照明波瓣301对称相对的第一方向照明样本102(例如样本层201及202)的具有阴影线的覆盖目标。第一方向光栅可衍射照明波瓣303且产生沿第一方向的一阶衍射束及0阶衍射。沿第一方向的一阶衍射束及0阶衍射可通过收集光瞳且由第二方向光栅产生的非零衍射可未由计量系统100收集或以其它方式在收集光瞳外部。位于场平面(例如与样本102共轭)处的检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生第二图像。样本102的特征可出现在第二图像中。X方向光栅可在第二图像中至少部分地解析且Y方向光栅可在所述第二图像中未解析。
可使用任何常规覆盖测量算法(例如偏移算法)从两个图像计算覆盖测量。在一些实施例中，可使用从第二图像计算的第二覆盖误差来算出从第一图像计算的第一覆盖误差的平均值。图6A到6B中所展示的实施例的优点可为通过使X方向测量与Y方向测量隔离来减少串扰。另外，本实施例实现可显著减小计量目标的大小的较小光栅结构周期性(约400到800nm)。例如，当图像中的单元中的每一者具有七个可见节距时，整个计量目标(约十四个节距)可约为6微米。因此，计量目标的面积可减小到低于6微米乘6微米，同时另外保留较大常规计量目标的所有能力。另外，由于本实施例采用两个束用于成像，因此图像的对比度对焦点的改变不太敏感。
图7A及7B展示用于样本102的照明及收集的计量系统100的两步骤偏心配置。样本102可包含大体上类似于图2C中所展示的计量目标的具有阴影线的覆盖目标。在本实施例中，可沿Y方向测量覆盖误差。除将样本旋转90°以测量Y方向覆盖之外，本实施例可大体上类似于相对于图6A及6B所描述的实施例。替代地，照明波瓣可旋转90°以测量Y方向覆盖(例如通过旋转照明源106)。
在图7A中所展示的第一步骤中，照明波瓣301可照明样本102(例如样本层201及202)的具有阴影线的覆盖目标。第二方向光栅可衍射照明波瓣301且产生沿第二方向的一阶衍射束及0阶衍射。沿第二方向的一阶衍射束及0阶衍射可通过收集光瞳，且由第一方向光栅产生的非零衍射可未由计量系统100收集或以其它方式在收集光瞳外部。位于场平面(例如与样本102共轭)处的检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生第一图像。样本102的特征可出现在第一图像中。Y方向光栅可在第一图像中至少部分地解析且X方向光栅可在第一图像中未解析。
在图7B中所展示的第二步骤中，照明波瓣303可照明样本102(例如样本层201及202)的具有阴影线的覆盖目标。本文应注意，不需要均衡照明波瓣301及303(例如在强度等方面)。第二方向光栅可衍射照明波瓣303且产生沿第二方向的一阶衍射束及0阶衍射。沿第二方向的一阶衍射束及0阶衍射可通过收集光瞳且由第一方向光栅产生的非零衍射可未由计量系统100收集或以其它方式在收集光瞳外部。位于场平面(例如与样本102共轭)处的检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生第二图像。样本102的特征可出现在第二图像中。Y方向光栅可在第二图像中至少部分地解析且X方向光栅可在第二图像中未解析。
可使用任何常规覆盖测量算法(例如偏移算法)从图像计算覆盖误差。在一些实施例中，可使用从第二图像计算的第二覆盖误差来算出从第一图像计算的第一覆盖误差的平均值。图7A到7B中所展示的实施例的优点可为通过使X方向测量与Y方向测量隔离来减少串扰。另外，本实施例实现可显著减小计量目标的大小的较小光栅结构周期性(约400到800nm)。例如，当单元中的每一者具有在图像中可见的七个节距时，整个计量目标(约十四个节距)可约为6微米。因此，计量目标的面积可减小到低于6微米乘6微米，同时另外保留较大常规计量目标的所有能力。
图8A到8D展示用于样本102的照明及收集的计量系统100的四步骤偏心倾斜配置。样本102可包含大体上类似于图2C中所展示的计量目标的具有阴影线的覆盖目标。在本实施例中，可在X方向及Y方向两者上测量覆盖，且照明子系统可使用四个照明波瓣依序照明具有阴影线的覆盖目标。对于第一层及第二层(即，在第一组单元及第二组单元中)中的X方向光栅，目标可具有共同周期性(即，相同或相等周期性)，且对于第一层及第二层(即，在第一组单元及第二组单元中)中的Y方向光栅，目标可具有共同周期性。在一些实施例中，光栅的周期可为从约600到约1200nm(例如以改进信噪比，因为零谐波的强度可显著更小)。
在图8A到8D的每一步骤处，穆尔光栅(例如穆尔图案)可分别出现在由检测器104在图像平面处产生的图像中。穆尔图案中的每一者可具有由计量目标的层201及202产生的选定衍射级(例如穆尔衍射级)引起的沿穆尔光栅方向的穆尔周期。如果X方向光栅及Y方向光栅具有相同周期性，那么穆尔图案可出现在以45°角倾斜(即，在图像中以对角线定向)的收集图像中且覆盖测量的可重复性(例如精确度)可得以改进。如果X定向光栅及Y定向光栅具有不同周期性，那么穆尔图案可以非45°(非对角线)的角度出现在收集图像中。图8A到8D中所展示的穆尔图案说明其中X方向光栅的周期性低于Y方向定向光栅的周期性的配置。
在图8A到8D的每一步骤处，可使用对角线覆盖测量算法(例如加利福尼亚州米尔皮塔斯(Milpitas，CA)的KLA公司的注册商标)基于穆尔图案而确定沿穆尔光栅方向的覆盖测量。应注意，所计算的覆盖测量既非X方向也非Y方向覆盖测量而是两个方向的混合，且实际覆盖误差的测量(例如在样本102上)可从所计算的覆盖测量提取(例如使用线性代数)。由于穆尔图案的线不平行于任何测量方向，因此采用对角线穆尔图案的重叠测量可为有利的且因此边缘效应最小化。边缘效应的减小可进一步减小计量目标的大小。
在图8A中所展示的第一步骤中，照明波瓣301可沿不同于X方向及Y方向的第一对角线方向照明样本102(例如样本层201及202)的具有阴影线的覆盖目标。第一方向光栅可衍射照明波瓣301且产生沿第一方向的一阶衍射束。第二方向光栅可衍射照明波瓣301且产生沿第二方向的一阶衍射束。可由可调整光瞳屏蔽315使沿第一方向及第二方向的一阶衍射束选择性地通过收集光瞳。位于场平面(例如与样本102共轭)处的检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生第一图像。沿第一穆尔光栅方向的第一穆尔图案可出现在第一组单元及第二组单元的位置中的第一图像中(参阅(例如)图像平面)。沿第一穆尔光栅方向(不同于X方向及Y方向)的覆盖测量(表示为O1)可基于第一穆尔图案而使用对角线覆盖测量算法(例如)来计算。
在图8B中所展示的第二步骤中，照明波瓣303可沿第一对角线方向照明与第一照明波瓣相对的样本102(例如样本层201及202)的具有阴影线的覆盖目标。第一方向光栅可衍射照明波瓣303且产生沿第一方向的一阶衍射束。第二方向光栅可衍射照明波瓣303且产生沿第二方向的一阶衍射束。可由可调整光瞳屏蔽315使沿第一方向及第二方向的一阶衍射束选择性地通过收集光瞳。位于场平面(例如与样本102共轭)处的检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生第二图像。沿第一穆尔光栅方向的第二穆尔图案可出现在第一组单元及第二组单元的位置中的第二图像中(参阅(例如)图像平面)。可基于第二穆尔图案而使用对角线覆盖测量算法(例如)来计算沿第一穆尔光栅方向的覆盖测量(表示为O2)。
在图8C中所展示的第三步骤中，照明波瓣305可沿不同于第一对角线方向的第二对角线方向照明样本102(例如样本层201及202)的具有阴影线的覆盖目标。第一方向光栅可衍射照明波瓣305且产生沿第一方向的一阶衍射束。第二方向光栅可衍射照明波瓣305且产生沿第二方向的一阶衍射束。可由可调整光瞳屏蔽315使沿第一方向及第二方向的一阶衍射束选择性地通过收集光瞳。位于场平面(例如与样本102共轭)处的检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生第三图像。沿第二穆尔光栅方向的第三穆尔图案可出现在第一组单元及第二组单元的位置中的第三图像中(参阅(例如)图像平面)。可基于第三穆尔图案而使用对角线覆盖测量算法(例如)来计算沿第二穆尔光栅方向的覆盖测量(表示为O3)。
在图8D中所展示的第四步骤中，照明波瓣307可照明与照明波瓣305相对且沿第二对角线方向的样本102(例如样本层201及202)的具有阴影线的覆盖目标。第一方向光栅可衍射照明波瓣307且产生沿第一方向的一阶衍射束。第二方向光栅可衍射照明波瓣307且产生沿第二方向的一阶衍射束。可由可调整光瞳屏蔽315使沿第一方向及第二方向的一阶衍射束选择性地通过收集光瞳。位于场平面(例如与样本102共轭)处的检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生第四图像。沿第二穆尔光栅方向的第四穆尔图案可出现在第一组单元及第二组单元的位置中的第四图像中(参阅(例如)图像平面)。可基于第四穆尔图案而使用对角线覆盖测量算法(例如)来计算沿第二穆尔光栅方向的覆盖测量(表示为O4)。
应注意，第一穆尔光栅方向(图8A到8B中所展示)及第二穆尔光栅方向(图8C到8D中所展示)可不同(例如旋转90°且面向图像平面中的不同对角线)。X方向光栅结构的周期性及Y方向光栅结构的周期性可界定第一穆尔光栅方向及第二穆尔光栅方向。在图8A到8D的实施例中，由于X方向及Y方向周期性相同，因此第一穆尔光栅方向及第二穆尔光栅方向以45°定向(例如大体上呈对角线)。
如图9中所展示，可基于沿穆尔光栅方向的覆盖测量O1、O2、O3及O4来计算样本上沿X及Y方向的覆盖测量。沿第一穆尔光栅方向的覆盖测量O12可计算为O1及O2的平均值。沿第二穆尔光栅方向的覆盖测量O34可计算为O3及O4的平均值。向量901(例如O12及O34的线性组合)可确定样本102上的沿向量901的组合方向的覆盖误差。可从向量901提取样本102上的沿X方向及Y方向两者的覆盖测量。可从向量901的X坐标(例如来自X方向投影的第一分量)提取样本102上沿X方向的覆盖测量且可从向量901的Y坐标(例如来自Y方向投影的第二分量)提取样本102上沿Y方向的覆盖测量。
图10A及10B展示图8C及8D的替代配置。在图10A到10B中，沿第一对角线方向定向的照明波瓣301及303可用于所有成像步骤。由于照明配置从图8A到8B未改变，因此不需要沿第二对角线方向定向的第三照明波瓣305及第四照明波瓣307来产生第三及第四穆尔图案。以此方式，可实现更简单及更快的覆盖测量。应注意，图8A到8D及图10A到10B中所描绘的成像步骤可以任何顺序执行。例如，图10A中所描绘的成像步骤可在图8A中所描绘的步骤之前或之后执行。
在图10A中，照明波瓣301可沿第一对角线方向照明样本102(例如样本层201及202)的具有阴影线的覆盖目标。具有阴影线的覆盖目标可衍射照明波瓣301且产生穆尔衍射级及0阶衍射。可由可调整光瞳屏蔽315使穆尔衍射级及0阶衍射选择性地通过收集光瞳。位于场平面(例如与样本102共轭)处的检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生第三图像。沿第二穆尔光栅方向的第三穆尔图案可出现在第一组单元及第二组单元的位置中的第三图像中(参阅(例如)图像平面)。可基于第三穆尔图案而使用对角线覆盖测量算法(例如)来计算沿第二穆尔光栅方向的覆盖测量(表示为O3)。
在图10B中，照明波瓣303可沿第一对角线方向照明与第一照明波瓣301相对的样本102(例如样本层201及202)的具有阴影线的覆盖目标。具有阴影线的覆盖目标可衍射照明波瓣303且产生穆尔衍射级及0阶衍射。可由可调整光瞳屏蔽315使穆尔衍射级及0阶衍射选择性地通过收集光瞳。位于场平面(例如与样本102共轭)处的检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生第四图像。沿第二穆尔光栅方向的第四穆尔图案可出现在第一组单元及第二组单元的位置中的第四图像中(参阅(例如)图像平面)。可基于第四穆尔图案而使用对角线覆盖测量算法(例如)来计算沿第二穆尔光栅方向的覆盖测量(表示为O4)。
图11A到11B展示用于样本102的照明及收集的计量系统100的两步骤偏心倾斜配置。图11A展示将图8A及8B的步骤组合成单步骤的替代配置。同样地，图11B展示将图8C及8D的步骤组合成单步骤的替代配置。在本实施例中，可由第一对照明波瓣301及303及第二对照明波瓣305及307依序照明具有阴影线的覆盖目标。
在图11A中，第一对照明波瓣301及303可沿第一对角线方向照明样本(例如样本层201及202)。第一方向光栅可衍射照明波瓣301且产生沿第一方向的一阶衍射束。第二方向光栅可衍射照明波瓣301且产生沿第二方向的一阶衍射束。第一方向光栅可衍射照明波瓣303且产生沿第一方向的一阶衍射束。第二方向光栅可衍射照明波瓣303且产生沿第二方向的一阶衍射束。可由可调整光瞳屏蔽315使沿第一方向及第二方向的一阶衍射束选择性地通过收集光瞳。位于场平面(例如与样本102共轭)处的检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生第一图像。沿第一穆尔光栅方向的第一穆尔图案可出现在第一组单元及第二组单元的位置中的第一图像中(参阅(例如)图像平面)。可基于第一穆尔图案而使用对角线覆盖测量算法(例如)来计算沿第一穆尔光栅方向(不同于X方向及Y方向)的覆盖测量(表示为O12)。
在图11B中，第二对照明波瓣305及307可沿第二对角线方向照明样本(例如样本层201及202)。第一方向光栅可衍射照明波瓣305且产生沿第一方向的一阶衍射束。第二方向光栅可衍射照明波瓣305且产生沿第二方向的一阶衍射束。第一方向光栅可衍射照明波瓣307且产生沿第一方向的一阶衍射束。第二方向光栅可衍射照明波瓣307且产生沿第二方向的一阶衍射束。可由可调整光瞳屏蔽315使沿第一方向及第二方向的一阶衍射束选择性地通过收集光瞳。位于场平面(例如与样本102共轭)处的检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生第二图像。沿第二穆尔光栅方向的第二穆尔图案可出现在第一组单元及第二组单元的位置中的第二图像中(参阅(例如)图像平面)。可基于第二穆尔图案而使用对角线覆盖测量算法(例如)来计算沿第二穆尔光栅方向的覆盖测量(表示为O34)。
图12展示图11B的替代配置。在图12中，沿第一对角线方向的照明波瓣301及303可用于所有成像步骤。由于照明配置从图8A到8B未改变，因此不需要沿第二对角线方向定向的第三照明波瓣305及第四照明波瓣307来产生第二穆尔图案。以此方式，由于照明配置不变且仅调整光瞳屏蔽315，因此图12的实施例可实现更简单及更快的覆盖测量。
在图12中，第一对照明波瓣301及303可沿第一对角线方向照明样本102(例如样本层201及202)的具有阴影线的覆盖目标。具有阴影线的覆盖目标可衍射照明波瓣301且产生穆尔衍射级及0阶衍射。具有阴影线的覆盖目标可衍射照明波瓣303且产生穆尔衍射级及0阶衍射。可由可调整光瞳屏蔽315使穆尔衍射级及0阶衍射选择性地通过收集光瞳。位于场平面(例如与样本102共轭)处的检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生第二图像。沿第二穆尔光栅方向的第二穆尔图案可出现在第一组单元及第二组单元的位置中的第二图像中(参阅(例如)图像平面)。可基于第二穆尔图案而使用对角线覆盖测量算法(例如)来计算沿第二穆尔光栅方向的覆盖测量(表示为O34)。
图13说明图11A及12的替代配置。在本实施例中，光瞳平面分离器(例如光瞳屏蔽)可将收集光瞳处的光分成两个单独的第一及第二检测器104。光瞳平面分离器可经配置以沿第一测量路径引导收集光瞳的第一对相对象限中的光(包含形成如图11A的图像平面中所展示的第一图像的光)及沿第二测量路径引导收集光瞳的第二对相对象限中的光(包含形成如图12的图像平面中所展示的第二图像的光)。第一检测器104可位于沿第一测量路径的场平面处，且第二检测器104可位于沿第二测量路径的场平面处。在一些实施例中，光瞳平面分离器可包括将来自收集光瞳的每一对相对象限的光分成第一测量路径及第二测量路径的棱镜。在一些实施例中，如图13中所描绘，分离器可包括将光从所有象限引导到第一检测器104的第一收集光瞳及第二检测器104的第二收集光瞳的分束器。如果使用分束器，那么第一光瞳屏蔽315可用于使适当衍射级(例如沿X方向及Y方向的一阶衍射束)通过第一收集光瞳，且第二光瞳屏蔽315可用于传递第二收集光瞳处的适当衍射级(例如穆尔衍射级及0阶衍射)。
照明波瓣301及303可沿第一对角线方向照明样本102(例如样本层201及202)的具有阴影线的覆盖目标。第一方向光栅可衍射照明波瓣301且产生沿第一方向的一阶衍射束。第二方向光栅可衍射照明波瓣301且产生沿第二方向的一阶衍射束。第一方向光栅可衍射照明波瓣303且产生沿第一方向的一阶衍射束。第二方向光栅可衍射照明波瓣303且产生沿第二方向的一阶衍射束。具有阴影线的覆盖目标可衍射照明波瓣301且产生穆尔衍射级及0阶衍射。具有阴影线的覆盖目标可衍射照明波瓣303且产生穆尔衍射级及0阶衍射。
可由第一可调整光瞳屏蔽315使沿第一方向及第二方向的一阶衍射束选择性地通过第一收集光瞳。位于场平面(例如与样本102共轭)处的第一检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生第一图像。沿第一穆尔光栅方向的第一穆尔图案可出现在第一组单元及第二组单元的位置中的第一图像中(参阅(例如)图像平面)。可基于第一穆尔图案而使用对角线覆盖测量算法(例如)来计算沿第一穆尔光栅方向(不同于X方向及Y方向)的覆盖测量(表示为O12)。
可由第二可调整光瞳屏蔽315使穆尔衍射级及0阶衍射选择性地通过第二收集光瞳。位于场平面(例如与样本102共轭)处的第二检测器104可基于通过收集光瞳的衍射级而产生第二图像。沿第二穆尔光栅方向的第二穆尔图案可出现在第一组单元及第二组单元的位置中的第二图像中(参阅(例如)图像平面)。可基于第二穆尔图案而使用对角线覆盖测量算法(例如)来计算沿第二穆尔光栅方向的覆盖测量(表示为O34)。
本文进一步考虑，图13中所说明的光瞳分离技术可进一步应用于图8A、8B、10及10B的上下文中。在这点上，图8A及10A中的图像可同时捕获且图8B及10B中的图像可同时捕获。
应注意，图3到12的图像平面中所展示的观察特征在外观上大体上可与样本102上物理存在的特征不同。例如，图8A到12的图像平面可描绘对角线光栅，即使样本102的具有阴影线的覆盖目标可不包含对角线光栅。因此，所产生的图像中所展示的表观特征的周期性及角度可取决于收集哪些衍射级而变动(换句话说，相同具有阴影线的覆盖目标可产生不同图像)。
相信本公开及其许多所附优点将由前述描述理解，且显而易见的是可在不背离所公开的主题或不牺牲其全部材料优点的情况下对组件的形式、构造及布置进行各种改变。所描述的形式仅是阐释性的，且随附权利要求书的意图是涵盖及包含此类改变。此外，应理解本发明由所附权利要求书界定。

Claims (57)

1.一种计量系统，其包括：
照明子系统，其经配置以按法线入射角将照明波瓣从照明源引导到样本上的具有阴影线的覆盖目标，其中所述具有阴影线的覆盖目标包含具有沿第一方向的周期性的第一方向光栅及具有沿不同于所述第一方向的第二方向的周期性的第二方向光栅，其中所述具有阴影线的覆盖目标包括：
第一组单元，每一单元包含所述样本的第一层中的所述第一方向光栅中的至少一者及与所述第一方向光栅重叠的所述样本的第二层中的所述第二方向光栅中的至少一者；及
第二组单元，每一单元包含所述样本的所述第一层中的所述第二方向光栅中的至少一者及与所述第二方向光栅重叠的所述样本的所述第二层中的所述第一方向光栅中的至少一者；
成像子系统，其包括：
光瞳屏蔽，其位于光瞳平面中，其中所述光瞳屏蔽的第一配置使沿所述第一方向的一阶衍射通过且阻挡沿所述第二方向的非零衍射；及
检测器，其位于场平面处，所述检测器经配置以基于由所述光瞳屏蔽通过的衍射级对所述具有阴影线的覆盖目标成像；
控制器，其可通信地耦合到所述成像子系统，所述控制器包含一或多个处理器，所述一或多个处理器经配置以执行程序指令以引起所述一或多个处理器：
引导所述光瞳屏蔽根据所述第一配置来配置；
基于所述第一配置中由所述光瞳屏蔽通过的所述衍射级而从所述检测器接收具有阴影线的覆盖目标的第一方向图像，其中所述第一方向光栅在所述第一方向图像中至少部分地解析且所述第二方向光栅在所述第一方向图像中未解析；及
基于所述第一方向图像而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第一方向的相对位置相关联的覆盖测量。
2.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述光瞳屏蔽的所述第一配置阻挡沿所述第一方向的二阶衍射及更高阶衍射。
3.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述光瞳屏蔽的所述第一配置使0阶衍射通过。
4.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述光瞳屏蔽的所述第一配置阻挡0阶衍射。
5.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述光瞳屏蔽的第二配置使沿所述第二方向的一阶衍射通过且阻挡沿所述第一方向的一阶衍射，其中所述一或多个处理器经进一步配置以执行程序指令以引起所述一或多个处理器：
引导所述光瞳屏蔽根据所述第二配置来配置；
基于在所述第二配置中由所述光瞳屏蔽通过的所述衍射级而从所述检测器接收具有阴影线的覆盖目标的第二方向图像，其中所述第二方向光栅在所述第二方向图像中至少部分地解析且所述第一方向光栅在所述第二方向图像中未解析；及
基于所述第二方向图像而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第二方向的所述相对位置相关联的覆盖测量。
6.根据权利要求5所述的计量系统，其中所述光瞳屏蔽的所述第二配置阻挡沿所述第二方向的二阶衍射及更高阶衍射。
7.根据权利要求5所述的计量系统，其中所述光瞳屏蔽的所述第二配置使0阶衍射通过。
8.根据权利要求5所述的计量系统，其中所述光瞳屏蔽的所述第二配置阻挡0阶衍射。
9.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述第一方向及所述第二方向正交。
10.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述第一方向光栅及所述第二方向光栅具有共同周期。
11.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述第一方向光栅及所述第二方向光栅具有不同周期。
12.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述样本的所述第一层上的第一方向光栅及所述样本的所述第二层上的第一方向光栅具有共同周期。
13.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述样本的所述第一层上的第二方向光栅及所述样本的所述第二层上的第二方向光栅具有共同周期。
14.一种计量系统，其包括：
照明子系统，其经配置以选择性地将照明从照明源引导到样本上的具有阴影线的覆盖目标，其中所述具有阴影线的覆盖目标包含具有沿第一方向的周期性的第一方向光栅及具有沿不同于所述第一方向的第二方向的周期性的第二方向光栅，其中所述照明包含经定向以按倾斜角度照明所述样本的至少一个照明波瓣，其中所述具有阴影线的覆盖目标包括：
第一组单元，每一单元包含所述样本的第一层中的所述第一方向光栅中的至少一者及与所述第一方向光栅重叠的所述样本的第二层中的所述第二方向光栅中的至少一者；及
第二组单元，每一单元包含所述样本的所述第一层中的所述第二方向光栅中的至少一者及与所述第二方向光栅重叠的所述样本的所述第二层中的所述第一方向光栅中的至少一者；
成像子系统，其包含位于场平面处的检测器，所述检测器经配置以对所述具有阴影线的覆盖目标成像；
控制器，其可通信地耦合到所述成像子系统，所述控制器包含一或多个处理器，所述一或多个处理器经配置以执行程序指令以引起所述一或多个处理器：
基于沿所述第一方向的两个对称相对的照明波瓣而从所述照明源接收所述具有阴影线的覆盖目标的一或多个第一方向图像，其中所述成像子系统的收集光瞳包含沿所述第一方向来自所述两个对称相对的照明波瓣中的每一者的0阶衍射及一阶衍射束，其中沿所述第二方向的非零衍射在所述收集光瞳外部，其中所述第一方向光栅在所述一或多个第一方向图像中至少部分地解析且所述第二方向光栅在所述一或多个第一方向图像中未解析；及
基于所述一或多个第一方向图像而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第一方向的相对位置相关联的覆盖测量。
15.根据权利要求14所述的计量系统，其中当所述具有阴影线的覆盖目标由所述两个对称相对的照明波瓣沿所述第一方向照明时，沿所述第一方向的二阶衍射及更高阶衍射在所述收集光瞳外部。
16.根据权利要求14所述的计量系统，其中所述照明子系统使用沿所述第一方向的所述两个对称相对的照明波瓣同时照明所述具有阴影线的覆盖目标，其中所述一或多个第一方向图像包括单个第一方向图像。
17.根据权利要求14所述的计量系统，其中所述照明子系统使用沿所述第一方向的所述两个对称相对的照明波瓣依序照明所述具有阴影线的覆盖目标，其中所述一或多个第一方向图像包括两个第一方向图像，其中所述两个第一方向图像中的第一者基于沿所述第一方向的所述两个对称相对的照明波瓣中的一者，其中所述两个第一方向图像中的第二者基于沿所述第二方向的所述两个对称相对的照明波瓣中的另一者。
18.根据权利要求17所述的计量系统，其中基于所述一或多个第一方向图像而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第一方向的所述相对位置相关联的覆盖测量包括：算出与所述两个第一方向图像中的每一者相关联的覆盖测量的平均值。
19.根据权利要求14所述的计量系统，其中所述成像子系统进一步包括位于所述收集光瞳的光瞳平面处的光瞳屏蔽，所述光瞳屏蔽经配置以使沿所述第一方向来自所述两个对称相对的照明波瓣中的每一者的所述0阶衍射及所述一阶衍射束通过且阻挡沿所述第二方向的所述非零衍射。
20.根据权利要求14所述的计量系统，其中所述一或多个处理器经进一步配置以执行程序指令以引起所述一或多个处理器：
基于沿所述第二方向的两个对称相对的照明波瓣而从所述照明源接收所述具有阴影线的覆盖目标的一或多个第二方向图像，其中所述成像子系统的所述收集光瞳包含沿所述第二方向来自所述两个对称相对的照明波瓣中的每一者的0阶衍射及一阶衍射束，其中沿所述第一方向的非零衍射在所述收集光瞳外部，其中所述第二方向光栅在所述一或多个第二方向图像中至少部分地解析且所述第一方向光栅在所述一或多个第二方向图像中未解析；及
基于所述一或多个第二方向图像而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第二方向的所述相对位置相关联的覆盖测量。
21.根据权利要求20所述的计量系统，其中当所述具有阴影线的覆盖目标由所述两个对称相对的照明波瓣沿所述第二方向照明时，沿所述第二方向的二阶衍射及更高阶衍射在所述收集光瞳外部。
22.根据权利要求20所述的计量系统，其中所述照明子系统使用沿所述第二方向的所述两个对称相对的照明波瓣同时照明所述具有阴影线的覆盖目标，其中所述一或多个第二方向图像包括单个第二方向图像。
23.根据权利要求20所述的计量系统，其中所述照明子系统使用沿所述第二方向的所述两个对称相对的照明波瓣依序照明所述具有阴影线的覆盖目标，其中所述一或多个第二方向图像包括两个第二方向图像，其中所述两个第二方向图像中的第一者基于沿所述第二方向的所述两个对称相对的照明波瓣中的一者，其中所述两个第二方向图像中的第二者基于沿所述第二方向的所述两个对称相对的照明波瓣中的另一者。
24.根据权利要求23所述的计量系统，其中基于所述一或多个第二方向图像而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第二方向的所述相对位置相关联的覆盖测量包括：算出与所述两个第二方向图像中的每一者相关联的覆盖测量的平均值。
25.根据权利要求20所述的计量系统，其包括位于所述收集光瞳的光瞳平面处的光瞳屏蔽，所述光瞳屏蔽经配置以使沿所述第二方向来自所述两个对称相对的照明波瓣中的每一者的0阶衍射及一阶衍射束通过且阻挡沿所述第一方向的非零衍射。
26.根据权利要求20所述的计量系统，其中所述成像子系统进一步包括位于所述收集光瞳的光瞳平面处的光瞳屏蔽，所述光瞳屏蔽经配置以使沿所述第二方向来自所述两个对称相对的照明波瓣中的每一者的所述0阶衍射及所述一阶衍射束通过且阻挡沿所述第一方向的所述非零衍射。
27.根据权利要求14所述的计量系统，其中所述第一方向及所述第二方向正交。
28.根据权利要求14所述的计量系统，其中所述第一方向光栅及所述第二方向光栅具有共同周期。
29.根据权利要求14所述的计量系统，其中所述第一方向光栅及所述第二方向光栅具有不同周期。
30.根据权利要求14所述的计量系统，其中所述样本的所述第一层上的第一方向光栅及所述样本的所述第二层上的第一方向光栅具有共同周期。
31.根据权利要求14所述的计量系统，其中所述样本的所述第一层上的第二方向光栅及所述样本的所述第二层上的第二方向光栅具有共同周期。
32.一种计量系统，其包括：
照明子系统，其经配置以选择性地将照明从照明源引导到样本上的具有阴影线的覆盖目标，其中所述具有阴影线的覆盖目标包含具有沿第一方向的周期性的第一方向光栅及具有沿不同于所述第一方向的第二方向的周期性的第二方向光栅，其中所述照明包含经定向以按倾斜角度沿不同于所述第一方向或所述第二方向的至少一个方向照明所述样本的至少一个照明波瓣，其中所述具有阴影线的覆盖目标包括：
第一组单元，每一单元包含所述样本的第一层中的所述第一方向光栅中的至少一者及与所述第一方向光栅重叠的所述样本的第二层中的所述第二方向光栅中的至少一者；及
第二组单元，每一单元包含所述样本的所述第一层中的所述第二方向光栅中的至少一者及与所述第二方向光栅重叠的所述样本的所述第二层中的所述第一方向光栅中的至少一者；
检测器，其位于场平面处以对所述具有阴影线的覆盖目标成像；
光瞳屏蔽，其经配置以使与由所述具有阴影线的覆盖目标的所述照明的衍射相关联的选定衍射级通过，其中由所述检测器基于所述选定衍射级产生的所述具有阴影线的覆盖目标的图像包含沿不同于所述第一方向或所述第二方向的一或多个穆尔光栅方向呈周期性的所述第一组单元及所述第二组单元的位置中的穆尔图案；及
控制器，其可通信地耦合到所述检测器及所述光瞳屏蔽，所述控制器包含一或多个处理器，所述一或多个处理器经配置以执行程序指令以引起所述一或多个处理器基于所述具有阴影线的覆盖目标的一或多个图像中的所述穆尔图案而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第一方向及所述第二方向的相对位置相关联的覆盖测量。
33.根据权利要求32所述的计量系统，其中所述至少一个照明波瓣包括四个照明波瓣，其中所述照明子系统使用所述四个照明波瓣依序照明所述具有阴影线的覆盖目标，其中所述四个照明波瓣包含沿不同于所述第一方向及所述第二方向的第一对角线方向的第一照明波瓣及与所述第一照明波瓣相对的第二照明波瓣，其中所述四个照明波瓣进一步包含沿不同于所述第一对角线方向的第二对角线方向的第三照明波瓣及与所述第三照明波瓣相对的第四照明波瓣。
34.根据权利要求33所述的计量系统，其中所述具有阴影线的覆盖目标的一或多个图像包含：
基于所述第一照明波瓣的所述具有阴影线的覆盖目标的第一图像，其中所述光瞳屏蔽经配置以选择性地使由所述第一方向光栅产生的沿所述第一方向的一阶衍射束及由所述第二方向光栅产生的沿所述第二方向的一阶衍射束通过；
基于所述第二照明波瓣的所述具有阴影线的覆盖目标的第二图像，其中所述光瞳屏蔽经配置以选择性地使由所述第一方向光栅产生的沿所述第一方向的一阶衍射束及由所述第二方向光栅产生的沿所述第二方向的一阶衍射束通过，
其中所述第一图像及所述第二图像中的所述第一组单元及所述第二组单元的位置中的所述穆尔图案沿不同于所述第一方向或所述第二方向的第一穆尔光栅方向呈周期性；
基于所述第三照明波瓣的所述具有阴影线的覆盖目标的第三图像，其中所述光瞳屏蔽经配置以选择性地使由所述第一方向光栅产生的沿所述第一方向的一阶衍射束及由所述第二方向光栅产生的沿所述第二方向的一阶衍射束通过；及
基于所述第四照明波瓣的所述具有阴影线的覆盖目标的第四图像，其中所述光瞳屏蔽经配置以选择性地使由所述第一方向光栅产生的沿所述第一方向的一阶衍射束及由所述第二方向光栅产生的沿所述第二方向的一阶衍射束通过，
其中所述第三图像及所述第四图像中的所述第一组单元及所述第二组单元的位置中的所述穆尔图案沿不同于所述第一方向或所述第二方向且不同于所述第一穆尔光栅方向的第二穆尔光栅方向呈周期性。
35.根据权利要求34所述的计量系统，其中基于所述具有阴影线的覆盖目标的一或多个图像中的所述穆尔图案而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第一方向及所述第二方向的相对位置相关联的覆盖测量包括：
基于所述第一图像及所述第二图像而产生沿所述第一穆尔光栅方向的覆盖测量；
基于所述第三图像及所述第四图像而产生沿所述第二穆尔光栅方向的覆盖测量；及
基于沿所述第一穆尔光栅方向及所述第二穆尔光栅方向的所述覆盖测量而在所述样本上产生沿所述第一方向及所述第二方向的覆盖测量。
36.根据权利要求34所述的计量系统，其中基于所述具有阴影线的覆盖目标的一或多个图像中的所述穆尔图案而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第一方向及所述第二方向的相对位置相关联的覆盖测量包括：
通过基于所述第一图像及所述第二图像算出沿所述第一穆尔光栅方向的覆盖测量的平均值而产生沿所述第一穆尔光栅方向的覆盖测量；
通过基于所述第三图像及所述第四图像算出沿所述第二穆尔光栅方向的覆盖测量的平均值而产生沿所述第二穆尔光栅方向的覆盖测量；
基于沿所述第一方向及所述第二方向的所述覆盖测量的线性组合而产生沿组合方向的覆盖测量；及
基于所述覆盖测量沿所述组合方向到所述第一方向及所述第二方向的投影而在所述样本上产生沿所述第一方向及所述第二方向的覆盖测量。
37.根据权利要求32所述的计量系统，其中所述至少一个照明波瓣包括两个照明波瓣，
其中所述照明子系统使用所述两个照明波瓣依序照明所述具有阴影线的覆盖目标，
其中所述两个照明波瓣包含沿不同于所述第一方向及所述第二方向的对角线方向的第一照明波瓣及与所述第一照明波瓣相对的第二照明波瓣。
38.根据权利要求37所述的计量系统，其中所述具有阴影线的覆盖目标的所述一或多个图像包含：
基于所述第一照明波瓣的所述具有阴影线的覆盖目标的第一图像，其中所述光瞳屏蔽经配置以选择性地使由所述第一方向光栅产生的沿所述第一方向的一阶衍射束及由所述第二方向光栅产生的沿所述第二方向的一阶衍射束通过，其中所述第一组单元及所述第二组单元的位置中的所述穆尔图案沿不同于所述第一方向或所述第二方向的第一穆尔光栅方向呈周期性；
基于所述第一照明波瓣的所述具有阴影线的覆盖目标的第二图像，其中所述光瞳屏蔽经配置以选择性地使0阶衍射及一穆尔衍射级通过，其中所述第一组单元及所述第二组单元的位置中的所述穆尔图案沿不同于所述第一方向或所述第二方向及不同于所述第一穆尔光栅方向的第二穆尔光栅方向呈周期性；
基于所述第二照明波瓣的所述具有阴影线的覆盖目标的第三图像，其中所述光瞳屏蔽经配置以选择性地使由所述第一方向光栅产生的沿所述第一方向的一阶衍射束及由所述第二方向光栅产生的沿所述第二方向的一阶衍射束通过，其中所述第一组单元及所述第二组单元的位置中的所述穆尔图案沿所述第一穆尔光栅方向呈周期性；及
基于所述第二照明波瓣的所述具有阴影线的覆盖目标的第四图像，其中所述光瞳屏蔽经配置以选择性地使0阶衍射及穆尔衍射级通过，其中所述第一组单元及所述第二组单元的位置中的所述穆尔图案沿所述第二穆尔光栅方向呈周期性。
39.根据权利要求38所述的计量系统，其中基于所述具有阴影线的覆盖目标的一或多个图像中的所述穆尔图案而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第一方向及所述第二方向的相对位置相关联的覆盖测量包括：
基于所述第一图像及所述第三图像而产生沿所述第一穆尔光栅方向的覆盖测量；
基于所述第二图像及所述第四图像而产生沿所述第二穆尔光栅方向的覆盖测量；及
基于沿所述第一穆尔光栅方向及所述第二穆尔光栅方向的所述覆盖测量而在所述样本上产生沿所述第一方向及所述第二方向的覆盖测量。
40.根据权利要求38所述的计量系统，其中基于所述具有阴影线的覆盖目标的一或多个图像中的所述穆尔图案而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第一方向及所述第二方向的相对位置相关联的覆盖测量包括：
通过基于所述第一图像及所述第三图像而算出沿所述第一穆尔光栅方向的覆盖测量的平均值而产生沿所述第一穆尔光栅方向的覆盖测量；
通过基于所述第二图像及所述第四图像而算出沿所述第二穆尔光栅方向的覆盖测量的平均值而产生沿所述第二穆尔光栅方向的覆盖测量；
基于沿所述第一穆尔光栅方向及所述第二穆尔光栅方向的所述覆盖测量的线性组合而产生沿组合方向的覆盖测量；及
基于所述覆盖测量沿所述组合方向到所述第一方向及所述第二方向的投影而在所述样本上产生沿所述第一方向及所述第二方向的覆盖测量。
41.根据权利要求37所述的计量系统，其中所述第一、第二、第三及第四图像在所述检测器上依序产生。
42.根据权利要求37所述的计量系统，其进一步包括：
光瞳平面分离器，其经配置以沿第一测量路径引导包含形成所述第一图像及所述第二图像的光的收集光瞳的第一对相对象限中的光，且进一步经配置以沿第二测量路径引导包含形成所述第三图像及所述第四图像的光的第二对相对象限中的光，其中所述检测器位于沿所述第一测量路径的场平面中，其中额外检测器位于沿所述第二测量路径的额外场平面中，其中所述第一图像及所述第二图像同时产生于所述第一检测器及所述额外检测器上，其中所述第三图像及所述第四图像同时产生于所述第一检测器及所述额外检测器上。
43.根据权利要求32所述的计量系统，其中所述至少一个照明波瓣包括四个照明波瓣，
其中第一对所述四个照明波瓣包含沿不同于所述第一方向及所述第二方向的第一对角线方向的第一照明波瓣及与所述第一照明波瓣相对的第二照明波瓣，
其中第二对所述四个照明波瓣包含沿不同于所述第一对角线方向的第二对角线方向的第三照明波瓣及与所述第三照明波瓣相对的第四照明波瓣，及
其中所述照明子系统使用所述第一对照明波瓣及所述第二对照明波瓣依序照明所述具有阴影线的覆盖目标。
44.根据权利要求43所述的计量系统，其中所述具有阴影线的覆盖目标的一或多个图像包含：
基于所述第一对照明波瓣的所述具有阴影线的覆盖目标的第一图像，其中所述光瞳屏蔽经配置以针对所述第一照明波瓣及所述第二照明波瓣中的每一者选择性地使由所述第一方向光栅产生的沿所述第一方向的一阶衍射束及由所述第二方向光栅产生的沿所述第二方向的一阶衍射束通过，其中所述第一图像中的所述第一组单元及所述第二组单元的位置中的所述穆尔图案沿不同于所述第一方向或所述第二方向的第一穆尔光栅方向呈周期性；
基于所述第二对照明波瓣的所述具有阴影线的覆盖目标的第二图像，其中所述光瞳屏蔽经配置以针对所述第三及第四照明波瓣中的每一者选择性地使由所述第一方向光栅产生的沿所述第一方向的一阶衍射束及由所述第二方向光栅产生的沿所述第二方向的一阶衍射束通过，其中所述第二图像中的所述第一组单元及所述第二组单元的位置中的所述穆尔图案沿不同于所述第一方向或所述第二方向且不同于所述第一穆尔光栅方向的第二穆尔光栅方向呈周期性。
45.根据权利要求44所述的计量系统，其中基于所述具有阴影线的覆盖目标的一或多个图像中的所述穆尔图案而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第一方向及所述第二方向的相对位置相关联的覆盖测量包括：
基于所述第一图像而产生沿所述第一穆尔光栅方向的覆盖测量；
基于所述第二图像而产生沿所述第二穆尔光栅方向的覆盖测量；及
基于沿所述第一穆尔光栅方向及所述第二穆尔光栅方向的所述覆盖测量而在所述样本上产生沿所述第一方向及所述第二方向的覆盖测量。
46.根据权利要求44所述的计量系统，其中基于所述具有阴影线的覆盖目标的一或多个图像中的所述穆尔图案而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第一方向及所述第二方向的相对位置相关联的覆盖测量包括：
基于所述第一图像而产生沿所述第一穆尔光栅方向的覆盖测量；
基于所述第二图像而产生沿所述第二穆尔光栅方向的覆盖测量；
基于沿所述第一穆尔光栅方向及所述第二穆尔光栅方向的所述覆盖测量的线性组合而产生沿组合方向的覆盖测量；及
基于所述覆盖测量沿所述组合方向到所述第一方向及所述第二方向的投影而在所述样本上产生沿所述第一方向及所述第二方向的覆盖测量。
47.根据权利要求32所述的计量系统，其中所述至少一个照明波瓣包括沿不同于所述第一方向及所述第二方向的对角线方向的第一照明波瓣及与所述第一照明波瓣相对的第二照明波瓣，其中所述照明子系统使用所述两个照明波瓣同时照明所述具有阴影线的覆盖目标。
48.根据权利要求47所述的计量系统，其中所述具有阴影线的覆盖目标的一或多个图像包含：
基于所述第一照明波瓣及所述第二照明波瓣的所述具有阴影线的覆盖目标的第一图像，其中所述光瞳屏蔽经配置以针对所述第一照明波瓣及所述第二照明波瓣中的每一者选择性地使由所述第一方向光栅产生的沿所述第一方向的一阶衍射束及由所述第二方向光栅产生的沿所述第二方向的一阶衍射束通过，其中所述第一图像中的所述第一组单元及所述第二组单元的位置中的所述穆尔图案沿不同于所述第一方向或所述第二方向的第一穆尔光栅方向呈周期性；
基于所述第一照明波瓣及所述第二照明波瓣的所述具有阴影线的覆盖目标的第二图像，其中所述光瞳屏蔽经配置以针对所述第一照明波瓣及所述第二照明波瓣中的每一者选择性地使0阶衍射及一穆尔衍射级通过，其中所述第二图像中的所述第一组单元及所述第二组单元的位置中的所述穆尔图案沿不同于所述第一方向或所述第二方向且不同于所述第一穆尔光栅方向的第二穆尔光栅方向呈周期性。
49.根据权利要求48所述的计量系统，其中基于所述具有阴影线的覆盖目标的一或多个图像中的所述穆尔图案而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第一方向及所述第二方向的相对位置相关联的覆盖测量包括：
基于所述第一图像而产生沿所述第一穆尔光栅方向的覆盖测量；
基于所述第二图像而产生沿所述第二穆尔光栅方向的覆盖测量；及
基于沿所述第一穆尔光栅方向及所述第二穆尔光栅方向的所述覆盖测量而在所述样本上产生沿所述第一方向及所述第二方向的覆盖测量。
50.根据权利要求48所述的计量系统，其中基于所述具有阴影线的覆盖目标的一或多个图像中的所述穆尔图案而确定与所述样本的所述第一层及所述第二层沿所述第一方向及所述第二方向的相对位置相关联的覆盖测量包括：
基于所述第一图像而产生沿所述第一穆尔光栅方向的覆盖测量；
基于所述第二图像而产生沿所述第二穆尔光栅方向的覆盖测量；
基于沿所述第一穆尔光栅方向及所述第二穆尔光栅方向的所述覆盖测量的线性组合而产生沿组合方向的覆盖测量；及
基于所述覆盖测量沿所述组合方向到所述第一方向及所述第二方向的投影而在所述样本上产生沿所述第一方向及所述第二方向的覆盖测量。
51.根据权利要求47所述的计量系统，其中所述第一图像及所述第二图像在所述检测器上依序产生。
52.根据权利要求47所述的计量系统，其进一步包括：
光瞳平面分离器，其经配置以沿第一测量路径引导包含形成所述第一图像的光的收集光瞳的第一对相对象限中的光，且进一步经配置以沿第二测量路径引导包含形成所述第二图像的光的第二对相对象限中的光，其中所述检测器位于沿所述第一测量路径的场平面中，其中额外检测器位于沿所述第二测量路径的额外场平面中，其中所述第一图像及所述第二图像在所述第一检测器及所述额外检测器上同时产生。
53.根据权利要求32所述的计量系统，其中所述第一方向及所述第二方向正交。
54.根据权利要求32所述的计量系统，其中所述第一方向光栅及所述第二方向光栅具有共同周期。
55.根据权利要求32所述的计量系统，其中所述第一方向光栅及所述第二方向光栅具有不同周期。
56.根据权利要求32所述的计量系统，其中所述样本的所述第一层上的第一方向光栅及所述样本的所述第二层上的第一方向光栅具有共同周期。
57.根据权利要求32所述的计量系统，其中所述样本的所述第一层上的第二方向光栅及所述样本的所述第二层上的第二方向光栅具有共同周期。
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