CN116783474A - 扫描散射测量叠盖测量 - Google Patents

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Abstract

一种叠盖度量系统可包含照明子系统，所述照明子系统用以利用第一照明瓣及与所述第一照明瓣对置的第二照明瓣依序对叠盖目标进行照明，其中所述叠盖目标包含从第一样本层及第二样本层上的周期性结构形成的光栅上覆光栅特征。所述系统可进一步包含用以产生所述叠盖目标的第一图像及第二图像的成像子系统。所述第一图像包含所述光栅上覆光栅结构的从所述第一照明瓣的单个非零衍射级形成的未解析图像。所述第二图像包含所述一或多个光栅上覆光栅结构的从所述第二照明瓣的单个非零衍射级形成的未解析图像。所述系统可进一步包含用以基于所述第一图像及所述第二图像而确定所述第一层与所述第二层之间的叠盖误差的控制器。

Description

扫描散射测量叠盖测量
技术领域
本公开一般来说涉及散射测量叠盖度量，且更特定来说，涉及在运动中的样本上扫描叠盖度量。
背景技术
对较小半导体装置的不断增加的需求导致对准确且高效度量的需求相应增加。增加度量工具的效率及吞吐量的一种方法是在测量视野中，当样本处于运动中而非处于静态位置中时在所述样本上产生度量数据。以此方式，可消除在测量之前与平移载台的安置相关联的时间延迟。度量系统通常通过测量或以其它方式检验跨越样本分布的专用度量目标而产生与所述样本相关联的度量数据。因此，样本通常安装于平移载台上且经平移使得度量目标被依序移动到测量视野中。在采用移动与测量(MAM)方法的典型度量系统中，样本在每一测量期间是静态的。然而，在测量之前使平移载台安置所需的时间可负面地影响吞吐量。因此，期望提供用于解决以上缺陷的系统及方法。
发明内容
根据本公开的一或多个说明性实施例公开一种叠盖度量系统。在一个说明性实施例中，所述系统包含照明子系统，所述照明子系统用以利用第一照明瓣及与所述第一照明瓣对置的第二照明瓣依序对样本上的叠盖目标进行照明，其中所述叠盖目标包含从第一样本层及第二样本层上的周期性结构形成的一或多个光栅上覆光栅(grating-over-grating)特征，且其中所述一或多个光栅上覆光栅结构沿着测量方向为周期性的。在另一说明性实施例中，所述系统包含具有物镜及检测器的成像子系统，所述检测器用以产生所述叠盖目标的第一图像及第二图像，其中所述第一图像包含所述一或多个光栅上覆光栅结构的从所述第一照明瓣的单个非零衍射级形成的未解析图像，所述单个非零衍射级是通过所述一或多个光栅上覆光栅结构沿着所述测量方向产生的，且其中所述第二图像包含所述一或多个光栅上覆光栅结构的从所述第二照明瓣的单个非零衍射级形成的未解析图像，所述单个非零衍射级是通过所述一或多个光栅上覆光栅结构沿着所述测量方向产生的。在另一说明性实施例中，所述系统包含控制器，所述控制器通信地耦合到所述检测器以基于所述第一图像及所述第二图像而确定所述样本的所述第一层与所述第二层之间沿着所述测量方向的叠盖误差。
根据本公开的一或多个说明性实施例公开一种叠盖度量系统。在一个说明性实施例中，所述系统包含照明子系统，所述照明子系统用以提供沿着第一测量方向的第一对相对照明瓣及沿着正交于所述第一测量方向的第二测量方向的第二对照明瓣。在另一说明性实施例中，所述照明子系统利用第一照明配置及第二照明配置依序对样本上的叠盖目标进行照明，其中所述第一照明配置包含来自所述第一对相对照明瓣及第二对相对照明瓣中的每一者的一个照明瓣，且所述第二照明配置包含来自所述第一对照明瓣及所述第二对照明瓣中的每一者的剩余照明瓣。在另一说明性实施例中，所述叠盖目标包含第一组一或多个单元，所述第一组一或多个单元包含从第一样本层及第二样本层上的周期性结构形成的一或多个光栅上覆光栅特征，其中所述一或多个光栅上覆光栅结构沿着所述第一方向为周期性的。在另一说明性实施例中，所述叠盖目标进一步包含第二组一或多个单元，所述第二组一或多个单元包含从所述第一样本层及所述第二样本层上的周期性结构形成的一或多个光栅上覆光栅特征，其中所述一或多个光栅上覆光栅结构沿着所述第二测量方向为周期性的。在另一说明性实施例中，所述系统包含具有物镜及检测器的成像子系统，所述检测器用以产生所述叠盖目标的第一图像及第二图像，其中所述第一图像利用来自所述第一照明配置中的每一照明瓣的单个非零衍射级形成，且其中所述第二图像利用来自所述第二照明配置中的每一照明瓣的单个非零衍射级形成。在另一说明性实施例中，所述系统包含控制器，所述控制器通信地耦合到所述检测器以基于所述第一图像及所述第二图像而确定所述样本的所述第一层与所述第二层之间沿着所述第一测量方向及所述第二测量方向的叠盖误差。
根据本公开的一或多个说明性实施例公开一种叠盖度量方法。在一个说明性实施例中，所述方法包含：利用第一照明瓣及第二照明瓣依序对样本上的叠盖目标进行照明，其中所述叠盖目标包含从第一样本层及第二样本层上的周期性结构形成的一或多个光栅上覆光栅特征，且其中所述一或多个光栅上覆光栅结构沿着测量方向为周期性的。在另一说明性实施例中，所述方法包含：利用检测器产生所述叠盖目标的第一图像及第二图像，其中所述第一图像包含所述一或多个光栅上覆光栅结构的从所述第一照明瓣的单个非零衍射级形成的未解析图像，所述单个非零衍射级是沿着所述测量方向来自所述一或多个光栅上覆光栅结构，且其中所述第二图像包含所述一或多个光栅上覆光栅结构的从所述第二照明瓣的单个非零衍射级形成的未解析图像，所述单个非零衍射级是通过所述一或多个光栅上覆光栅结构沿着所述测量方向产生的。在另一说明性实施例中，所述方法包含：基于所述第一图像及所述第二图像而确定所述样本的所述第一层与所述第二层之间沿着所述测量方向的叠盖误差。
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解释性的且未必限制所主张的本发明。并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图图解说明本发明的实施例，且与所述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众多优点，在附图中：
图1A是根据本公开的一或多个实施例的用于执行叠盖度量的系统的概念图。
图1B是根据本公开的一或多个实施例的叠盖度量工具的概念图，其图解说明OTL(镜外测光)照明。
图1C是根据本公开的一或多个实施例的叠盖度量工具的概念图，其图解说明利用暗场光阑的倾斜TTL(镜后测光)暗场成像。
图1D是根据本公开的一或多个实施例的叠盖度量工具的概念图，其图解说明利用暗场镜的倾斜TTL暗场成像。
图2A是根据本公开的一或多个实施例的具有叠盖式光栅上覆光栅特征的叠盖目标的俯视图。
图2B是根据本公开的一或多个实施例的叠盖目标的单个单元的侧视图。
图3是根据本公开的一或多个实施例的光瞳平面的示意图，其图解说明提供适合的四极照明的照明光束的分布。
图4A是根据本公开的一或多个实施例的利用图3中沿着X方向定向的第一照明光束对叠盖目标的单元进行成像的示意图。
图4B是根据本公开的一或多个实施例的收集光瞳的示意图，其图解说明由单元产生的第一照明光束的衍射级的分布。
图4C是根据本公开的一或多个实施例的利用图3中沿着与第一照明光束对置的方位角、沿着X方向定向的第二照明光束对叠盖目标的单元进行成像的示意图。
图4D是根据本公开的一或多个实施例的收集光瞳的示意图，其图解说明由单元产生的第三照明光束的衍射级的分布。
图4E是根据本公开的一或多个实施例的利用图3中沿着Y方向定向的第三照明光束对叠盖目标的单元进行成像的示意图。
图4F是根据本公开的一或多个实施例的收集光瞳的示意图，其图解说明由单元产生的第三照明光束的衍射级的分布。
图5A是根据本公开的一或多个实施例的基于利用第一照明光束或第二照明光束的照明的叠盖目标的图像的概念图。
图5B是根据本公开的一或多个实施例的基于利用第三照明光束或第四照明光束的照明的叠盖目标的图像的概念图。
图6是根据本公开的一或多个实施例的基于利用第一照明光束及第三照明光束或第二照明光束及第四照明光束的照明的叠盖目标的图像的概念图。
图7A是根据本公开的一或多个实施例的分割光瞳平面的概念图。
图7B是根据本公开的一或多个实施例的光瞳平面的概念图，其图解说明通过在Y方向上具有周期性的单元对第一照明光束的衍射级的分布。
图7C是根据本公开的一或多个实施例的光瞳平面的概念图，其图解说明通过在X方向上具有周期性的单元对第一照明光束的衍射级的分布。
图7D是根据本公开的一或多个实施例的光瞳平面的概念图，其图解说明通过在Y方向上具有周期性的单元对第二照明光束的衍射级的分布。
图7E是根据本公开的一或多个实施例的光瞳平面的概念图，其图解说明通过在X方向上具有周期性的单元对第二照明光束的衍射级的分布。
图8是根据本公开的一或多个实施例的成像子系统的概念图，所述成像子系统经配置以使用包含TDI传感器的检测器从两个交替照明条件产生交错图像。
图9是图解说明根据本公开的一或多个实施例的在叠盖方法中执行的步骤的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考在附图中所图解说明的所公开标的物。已特定来说关于本公开的特定实施例及特定特征而展示及描述本公开。将本文中所陈述的实施例视为说明性而非限制性的。所属领域的技术人员应容易明了，可在不背离本公开的精神及范围的情况下做出形式及细节上的各种改变及修改。
本公开的实施例是针对用于在光栅上覆光栅叠盖目标处于运动中的同时基于利用对称相对的照明光束对所述叠盖目标的顺序成像、使用对所述目标的场平面成像来扫描散射测量度量的系统及方法，其中场平面图像是使用沿着测量方向的单个衍射级形成的。就此来说，场平面图像对应于暗场图像，其中叠盖目标的特征是未解析的且顺序图像中的叠盖目标特征的强度差异与叠盖成比例。
出于本公开的目的，术语散射测量度量用于广泛地囊括术语基于散射测量的度量及基于衍射的度量。此外，术语扫描度量用于描述在样本处于运动中时产生的度量测量。在一般意义上，可通过以下操作而实施扫描度量：沿着测量路径(例如，扫描带等等)扫描样本，使得样本上的所关注区域(例如，度量目标、装置区等等)平移穿过度量系统的测量视野。此外，可针对任何数目个测量路径或特定测量路径的重复测量而重复所述过程以提供样本的任何选定数目个测量。一般在2020年8月18日提出申请的美国专利申请案第16/996,328号中描述基于周期性叠盖目标的暗场成像的散射测量度量，所述美国专利申请案以其全文引用的方式并入本文中。
叠盖目标可通常包含明确界定的印刷元件，所述明确界定的印刷元件经设计以提供对与一或多个光刻步骤相关联的特征在一或多个样本层上的相对放置的准确表示。就此来说，叠盖目标的印刷元件的所测量特性(例如，通过叠盖度量工具)可表示与被制作的装置相关联的印刷装置元件。此外，叠盖目标可包含一或多个测量单元，其中每一单元包含在样本上的一或多个层中的印刷元件。叠盖测量可然后基于叠盖目标的各种单元的测量的任何组合。
在一些实施例中，适合于如本文中所公开的扫描散射测量度量的叠盖目标可包含具有光栅上覆光栅结构的一或多个单元，其中光栅上覆光栅结构包含位于两个或更多个所关注层的叠盖式区域上的周期性特征(例如，光栅特征)。以此方式，所关注层上的各种光栅特征可促成入射照明的衍射且可基于对经衍射光的分析而产生叠盖测量。
在一些实施例中，扫描散射测量叠盖工具通过利用相对照明光束(例如，沿着测量方向具有对置入射方位角的光束)依序产生散射测量叠盖目标的两个场平面图像而沿着测量方向产生叠盖测量，其中场平面图像中的每一者是使用来自散射测量叠盖目标的单个非零衍射级形成的。以此方式，光栅上覆光栅结构在场平面图像中是未解析的且显现为灰度级特征，其中场平面图像之间的灰度级特征的强度差异与叠盖成比例。
在本文中请考虑，与入射照明光束的衍射相关联的衍射级的分布可取决于多种照明及收集条件，包含但不限于：在方位角及高度方向两者上的照明光束的入射角、照明光束的波长、样本上的周期性特征的间距，或收集光学器件的数值孔径(NA)。此外，叠盖度量工具可包含一或多个元件，所述一或多个元件用以阻挡一或多个所收集衍射级，使得图像基于选定衍射级。就此来说，可通过具有收集光学器件(例如，以镜后测光(TTL)配置)的共同透镜以在收集光学器件(例如，以镜外测光(OTL)配置)的NA之外的入射角将照明光束引导到叠盖目标。
本公开的额外实施例是针对在两个方向(例如，两个正交方向)上的叠盖测量。举例来说，叠盖目标可包含沿着第一测量方向具有周期性的第一组一或多个单元及沿着不同于第一方向(例如，正交于第一方向)的第二测量方向具有周期性的第二组一或多个单元。在此配置中，利用沿着第一方向(例如，具有沿着第一方向的方位角)的照明光束对叠盖目标进行照明可提供通过第一组单元沿着第一方向的单个衍射级的收集及沿着第二组单元的无衍射级的收集。因此，仅第一组单元可在图像中可见。类似地，仅第二组单元可在利用沿着第二方向的照明光束产生的图像中可见。在一些实施例中，基于四个图像、基于顺序四极照明而产生沿着两个方向的叠盖测量，其中两个照明光束以沿着第一方向的相对方位角进行定向且两个照明光束以沿着第二方向的相对方位角进行定向。在一些实施例中，叠盖测量基于两个图像、基于利用来自四极分布的两对照明光束的顺序照明，其中第一对照明光束包含沿着第一方向的一个照明光束及沿着第二方向的一个照明光束，且第二对照明光束包含沿着第一方向及第二方向的相对光束。以此方式，叠盖目标中的所有单元均在每一图像中可见，但任何特定单元的图像从来自单个照明光束的单个衍射级形成。
在本文中进一步请考虑，可以多种方式实施基于利用相对照明光束的顺序照明的扫描度量。在一些实施例中，在叠盖目标的顺序扫描中依序产生利用相对照明光束的叠盖目标的图像。在一些实施例中，基于在单个扫描期间使照明及/或收集条件交替而在所述扫描期间产生图像。举例来说，可基于利用相对照明光束交替地对叠盖目标进行照明而产生交错图像，其中可从交错图像提取两个场平面图像。在一个实例中，扫描散射测量的测量工具经配置以照明TDI传感器上的交替行且使散射测量叠盖目标的交替照明条件与TDI传感器的电荷转移速率同步以产生交错图像。一般在2019年9月27日提出申请的美国专利申请案第16/586,504号中描述在扫描度量中使用TDI传感器来产生交错图像，所述美国专利申请案以其全文引用的方式并入。
另外，应理解，虽然本公开中的许多实例涉及扫描度量，但本文中所公开的系统及方法不限于扫描度量。而是，在本文中请考虑，还可在静态测量模式中利用本文中所公开的系统及方法，其中样本在测量期间是静态的。
现在参考图1A到9，根据本公开的一或多个实施例更详细地描述用于散射测量叠盖度量的系统及方法。
图1A是根据本公开的一或多个实施例的用于执行叠盖度量的系统100的概念图。
在一个实施例中，系统100包含叠盖度量工具102，所述叠盖度量工具用以基于来自样本104的沿着任何给定测量方向的单个非零衍射级而产生样本104或其部分的一或多个场平面图像。举例来说，系统100可产生包含样本104的两个或更多个层中的特征的叠盖目标的暗场图像。
在一个实施例中，叠盖度量工具102包含照明子系统106及成像子系统110，所述照明子系统用以一次产生呈至少一个照明光束108的形式的照明以照明样本104，所述成像子系统用以对经照明样本104进行成像。在另一实施例中，叠盖度量工具102包含扫描子系统112，所述扫描子系统用以将样本104定位于测量视野中以进行成像。举例来说，扫描子系统112可包含固定样本104的一或多个平移载台，所述一或多个平移载台经配置以将叠盖目标定位于测量视野内以被成像。此外，叠盖度量工具102可在扫描及/或静态模式中对样本104进行照明及成像。举例来说，叠盖度量工具102可通过以下操作而实施扫描叠盖测量：将由照明子系统106进行的照明及由成像子系统110进行的图像捕获与由扫描子系统112进行的样本104沿着测量路径(例如，扫描带)的运动协调以捕获测量路径上的叠盖目标的图像。通过另一实例的方式，叠盖度量工具102可通过以下操作而实施静态叠盖测量：在样本104静止的同时依序平移样本104以将叠盖目标定位于测量视野中且对叠盖目标进行成像。
叠盖度量工具102可适合于产生多种样本配置上的多种叠盖目标设计的场平面图像。在一个实施例中，样本104形成为单个晶片上的两个或更多个经图案化层。包含位于单个晶片的两个或更多个样本层上的目标特征的叠盖目标可因此提供单个晶片的两个或更多个样本层之间的叠盖测量。在另一实施例中，样本104形成为在界面处接合在一起的两个晶片，其中每一晶片可包含靠近界面的一或多个经图案化层(例如，晶片的面向内的侧)。包含位于每一晶片的至少一个样本层上的目标特征的叠盖目标可因此在接合过程期间提供两个晶片的对准的叠盖测量。
叠盖度量工具102可配置以基于定义用于确定叠盖目标的叠盖的测量参数的任何数目个处方而产生图像。举例来说，叠盖度量工具102的处方可包含但不限于：照明波长、从样本发出的辐射的所检测波长、样本上的照明的光点大小、在方位角或高度方向上的入射照明角、入射照明的偏光、入射照明的光束在叠盖目标上的位置、叠盖目标在叠盖度量工具的焦点体积中的位置等等。
在一个实施例中，通过基于利用两个相对照明光束(例如，具有对置方位角的光束)进行的顺序照明来产生样本104或其部分(例如叠盖目标)的两个图像而产生沿着特定测量方向的叠盖测量，其中一次基于来自单个照明光束的单个衍射级而对样本104上沿着给定方向的周期性特征进行成像。就此来说，周期性特征是未解析的，但利用相对照明光束所产生的两个图像之间的周期性特征的未解析图像的强度差异与沿着特征的周期性方向的叠盖成比例。
在另一实施例中，系统100包含控制器114，所述控制器包含通信地耦合到叠盖度量工具102的一或多个处理器116。举例来说，一或多个处理器116可经配置以执行维持于存储器装置118或存储器中的一组程序指令。控制器114的一或多个处理器116可包含此项技术中已知的任何处理元件。在此意义上，一或多个处理器116可包含经配置以执行算法及/或指令的任何微处理器类型装置。此外，存储器装置118可包含此项技术中已知的适合于储存可由相关联一或多个处理器116执行的程序指令的任何存储媒体。举例来说，存储器装置118可包含非暂时性存储器媒体。作为额外实例，存储器装置118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，磁盘)、磁带、固态驱动器等等。进一步注意，存储器装置118可与一或多个处理器116一起装纳于共同控制器壳体中。
就此来说，控制器114可执行与叠盖度量相关联的各种处理步骤中的任一者。举例来说，控制器114可经配置以产生控制信号来引导或以其它方式控制叠盖度量工具102，或其任何组件。举例来说，控制器114可经配置以引导叠盖度量工具102或其任何组件基于暗场成像、基于定义用于确定叠盖目标的叠盖的测量参数的一或多个选定处方而产生一或多个图像。叠盖度量工具的处方可包含但不限于：照明波长、从样本发出的辐射的所检测波长、样本上的照明的光点大小、入射照明角、入射照明的偏光、入射照明的光束在叠盖目标上的位置、叠盖目标在叠盖度量工具的焦点体积中的位置等等。
通过另一实例的方式，控制器114可进一步经配置以接收数据，所述数据包含但不限于来自叠盖度量工具102的图像。通过另一实例的方式，控制器114可经配置以基于所获取图像而确定与叠盖目标相关联的叠盖。通过另一实例的方式，控制器114可基于来自叠盖度量工具102的叠盖测量而针对一或多个额外制作工具产生可校正值(correctables)作为对一或多个额外制作工具的反馈及/或前馈控制。
现在参考图1B到1D，根据本公开的一或多个实施例描述叠盖度量工具102的各种非限制性配置。在本文中请考虑，叠盖度量工具102可使用多种配置(包含但不限于OTL及TTL照明)基于单个衍射级而产生样本104的暗场图像(例如，样本104上的叠盖目标的图像)。
图1B是根据本公开的一或多个实施例的叠盖度量工具102的概念图，其图解说明OTL照明。在本文中请考虑，用于如本文中所公开的暗场成像的OTL照明可有益地提供相对小的目标大小、与样本104的直接照明相关联的高光效率，以及来自物理上分离的照明路径及收集路径的低杂散光而无需阻挡物或掩模。举例来说，OTL照明可通过以下操作而提供小的目标大小：以比TTL照明相对高的入射角(例如，高度角)对样本进行照明，这可又需要样本104上的周期性特征基于光栅方程而将单个衍射级衍射到成像子系统110的收集路径中。
在一个实施例中，叠盖度量工具102的照明子系统106包含至少一个照明源120，所述至少一个照明源经配置以产生至少一个照明光束108。照明光束108可包含一或多个选定波长的光，包含但不限于紫外(UV)辐射、可见辐射或红外(IR)辐射。此外，照明光束108可为非相干照明光束。就此来说，基于照明光束108而产生的样本104的图像可不受斑点影响。
照明源120可包含适合于提供照明光束108的任何类型的照明源。在一个实施例中，照明源120是与斑点消除(speckle-busting)元件组合的激光源，所述斑点消除元件可包含此项技术中已知的任何类型的斑点消除元件(例如，旋转漫射器、用于在光纤的输入面上扫描照明光束108的光束扫描器、光纤搅拌机构等等)。举例来说，照明源120可包含但不限于：一或多个窄带激光源、宽带激光源、超连续光谱激光源、白光激光源等等。在另一实施例中，照明源120包含激光持续等离子体(LSP)源。举例来说，照明源120可包含但不限于：LSP灯、LSP灯泡或者适合于容纳一或多个元件的LSP室，所述一或多个元件在由激光源激发成等离子体状态时可发射宽带照明。在另一实施例中，照明源120包含灯源。举例来说，照明源120可包含但不限于：弧光灯、放电灯、无电极灯等等。就此来说，照明源120可提供具有低相干性(例如，低空间相干性及/或时间相干性)的照明光束108。
此外，样本104可安置于样本载台122(例如，扫描子系统112的一部分)上，所述样本载台适合于固定样本104且进一步经配置以将样本104相对于照明光束108进行定位。
在另一实施例中，叠盖度量工具102通过一或多个照明通道124将照明光束108引导到样本104以照明样本104来获得图像。照明通道124中的每一者可包含适合于修改及/或调节照明光束108以及将照明光束108引导到样本104的一或多个光学组件。举例来说，每一照明通道124可包含(但不需要包含)一或多个照明透镜126(例如，以控制样本104上的照明光束108的光点大小、中继光瞳及/或场平面等等)或者一或多个照明控制光学器件128。举例来说，照明控制光学器件128可包含但不限于：用以调整照明光束108的偏光的一或多个偏光器、一或多个滤光器、一或多个分束器、一或多个漫射器、一或多个均化器、一或多个变迹器、一或多个光束成形器，或者一或多个镜(例如，静态镜、可平移镜、扫描镜等等)。
此外，照明通道124可以多种配置提供以将一或多个照明光束108引导到样本104。在一个实施例中，如图1B中所图解说明，每一照明通道124可包含一组单独组件(例如，照明透镜126及/或照明控制光学器件128)。通过另一实例的方式，照明子系统106可包含用于产生一或多个照明光束108且将照明光束108引导到样本104的一组共同照明透镜126及/或照明控制光学器件128。此外，照明子系统106可使用自由空间或光纤光学器件的任何组合将一或多个照明光束108引导到样本104。
在另一实施例中，叠盖度量工具102的成像子系统110包含用以收集来自样本104的经衍射或经散射光(例如，样本光132)的物镜130以及位于与样本104共轭的场平面处的至少一个检测器134，所述至少一个检测器经配置以基于样本光132中的至少一些样本光而产生样本104的图像。成像子系统110可进一步包含用以引导及/或修改由物镜130收集的照明的多个光学元件，包含但不限于：一或多个成像透镜136或者成像控制光学器件138。举例来说，成像控制光学器件138可包含但不限于：一或多个滤光器、一或多个偏光器、一或多个光束阻挡件或者一或多个分束器。
图1C是根据本公开的一或多个实施例的叠盖度量工具102的概念图，其图解说明利用暗场光阑140的倾斜TTL暗场成像。在一个实施例中，叠盖度量工具102包含分束器142，所述分束器经配置以将照明子系统106与成像子系统110合并，使得物镜130可同时将一或多个照明光束108引导到样本104并收集来自样本104的样本光132。举例来说，图1C图解说明将照明光束108提供到照明子系统106的共同照明场光阑144的多个照明通道124。在另一实施例中，暗场光阑140位于为成像子系统110独有的光瞳平面146处且包含一或多个不透明元件，所述一或多个不透明元件用以阻挡由物镜130收集的镜面反射(例如，0级衍射)并使单个非零衍射级通过以用于暗场成像。
图1D是根据本公开的一或多个实施例的叠盖度量工具102的概念图，其图解说明利用暗场镜148的倾斜TTL暗场成像。与图1C中一样，图1C图解说明将照明光束108提供到照明子系统106的共同照明场光阑144的多个照明通道124。此外，如图1D中所图解说明，叠盖度量工具102可包含(但不需要包含)位于暗场镜148与物镜130之间的光学中继器150。
在一个实施例中，暗场镜148包含用以将一或多个照明光束108引导到物镜130以用于照明样本104的一或多个反射区域152以及开放中心区域154。举例来说，暗场镜148可包含但不限于具有开放中心孔口的环形镜。以此方式，暗场镜148可同时沿着一定范围的倾斜立体角引导一或多个照明光束108、阻挡与由物镜130收集的镜面反射(例如，0级衍射)相关联的样本光132，且使单个非零衍射级通过以用于暗场成像。暗场镜148可(但不需要)位于为照明通道124与成像子系统110所共用的光瞳平面处或其附近。就此来说，在所述光瞳平面中的暗场镜148的空间维度可与照明光束108被引导到样本104的立体角范围直接对应，且开放孔口可与被允许传播到检测器134以形成暗场图像的所收集样本光132的立体角范围对应。在暗场镜148位于光瞳平面附近或暗场镜148相对于光瞳平面倾斜的情形中，光瞳平面的至少一部分可散焦于暗场镜148上，从而导致暗场镜148处的光瞳模糊。然而，可通过在照明光束108与期望被传递到检测器134的非零衍射级之间提供充分间隔而减轻此光瞳模糊的影响。
应理解，图1B到1D及相关联描述仅出于说明性目的而提供且不应被解释为限制性的。而是，在本文中请考虑，叠盖度量工具102可以各种方式经配置以利用单个非零衍射级提供成像。举例来说，图1B到1D图解说明每一照明通道124的单独照明源120。然而，可由任何数目或组合的照明源120产生任何数目个照明光束108。通过另一实例的方式，叠盖度量工具102可包含自由空间光学器件与光纤光学器件的任何组合以提供适合的物理布局。
现在参考图2A到7E，根据本公开的一或多个实施例更详细地描述沿着给定测量方向从单个非零衍射级形成的光栅上覆光栅叠盖度量目标的场平面图像的产生。
图2A是根据本公开的一或多个实施例的具有叠盖式光栅上覆光栅特征的叠盖目标202的俯视图。图2B是根据本公开的一或多个实施例的位于衬底204上的叠盖目标202的单个单元206的侧视图。在一个实施例中，叠盖目标202包含多个单元206，其中每一单元206包含位于样本104的第一层210上的第一层印刷元件208及位于样本104的第二层214上的第二层印刷元件212，所述样本经定向使得包含第一层印刷元件208及第二层印刷元件212的区域重叠以形成光栅上覆光栅结构。就此来说，每一单元206中的光栅上覆光栅特征可使入射照明光束108衍射成离散衍射级。
在另一实施例中，叠盖目标202包含其中光栅上覆光栅结构沿着第一方向为周期性的第一组一或多个单元206及其中光栅上覆光栅结构沿着不同于第一方向(例如，正交)的第二方向为周期性的第二组一或多个单元206。
举例来说，图2A到2B图解说明具有四个单元206a到206d的叠盖目标202，其中单元206a与单元206d形成第一组单元且单元206b与单元206c形成第二组单元。特定来说，单元206a及单元206d中的光栅上覆光栅结构在X方向上为周期性的且单元206b及单元206c中的光栅上覆光栅结构在Y方向上为周期性的。就此来说，单元206a、206d可适合于沿着X方向的叠盖测量且单元206b、206c可适合于沿着Y方向的叠盖测量，如下文将更详细地描述。
然而，应理解，图2A及2B中的叠盖目标202以及相关联描述仅出于说明性目的而提供且不应被解释为限制性的。而是，叠盖目标202可包含任何适合的光栅上覆光栅叠盖目标设计。举例来说，叠盖目标202可包含适合于沿着两个方向的测量的任何数目个单元206。此外，单元206可以任何图案或布置进行分布。举例来说，一般在2019年10月10日提出申请的美国专利申请案第16/598,146号中描述适合于扫描度量的度量目标设计，所述美国专利申请案以其全文引用的方式并入本文中。在一个实施例中，叠盖目标202包含沿着扫描方向(例如，样本104的运动方向)分布的一或多个单元群组，其中每一特定单元群组内的单元206被定向为具有沿着共同方向为周期性的光栅上覆光栅结构。举例来说，第一单元群组可包含沿着X方向具有周期性的一或多个单元206且第二单元群组可包含沿着Y方向具有周期性的一或多个单元206。以此方式，可在遍及成像子系统110的测量视野对样本104进行扫描的同时对特定单元群组内的所有单元206进行成像。
现在参考图3到6，在本文中更详细地描述基于单个非零衍射级的叠盖目标202的散射测量叠盖度量测量的照明及收集配置。
图3是根据本公开的一或多个实施例的光瞳平面的示意图，其图解说明提供适合的四极照明的照明光束108a到108d的分布。在一个实施例中，第一照明光束108a及第二照明光束108b可被定向成以对称相对的方位角沿着X方向照明样本104。在另一实施例中，第三照明光束108c及第四照明光束108d可被定向成以对称相对的方位角沿着Y方向照明样本104。此外，图3图解说明成像子系统110的收集光瞳302的边界。举例来说，图3中的收集光瞳302的边界可与物镜130的NA或成像子系统110中的光瞳光阑的直径对应。
在图3中，将照明光束108a到108d图解说明为位于收集光瞳302之外以图解说明其中不使用0级衍射来进行成像的暗场收集。在本文中请考虑，图3中的此暗场配置可以各种方式产生。举例来说，图3中的配置可使用如图1B中所图解说明的OTL照明来产生。就此来说，一或多个照明通道124可将照明光束108a到108d在物镜130的NA之外直接递送到样本104。通过另一实例的方式，图3中的配置可使用如图1B及1C中所图解说明的TTL照明来产生，其中叠盖度量工具102选择性地阻挡照明光束108a到108d的0级衍射(例如，使用暗场光阑140、暗场镜148等等)。在一般意义上，图3可未必对应于系统中的特定光瞳平面，而是图解说明根据本公开的一或多个实施例的暗场照明。
图4A到4D图解说明根据本公开的一或多个实施例的作为对沿着X方向具有周期性的特征进行成像的实例的叠盖目标202的单元206a的成像。
图4A是根据本公开的一或多个实施例的利用图3中沿着X方向定向的第一照明光束108a对叠盖目标202的单元206a进行成像的示意图。图4B是根据本公开的一或多个实施例的收集光瞳302的示意图，其图解说明由单元206a产生的第一照明光束108a的衍射级的分布。
沿着X方向具有周期性的单元206a的光栅上覆光栅特征可使第一照明光束108a衍射成沿着X方向分布的多个衍射级。特定来说，图4A及4B图解说明0级衍射402(例如，镜面反射)、-1级衍射404及-2级衍射406的产生。在一个实施例中，照明子系统106、成像子系统110及叠盖目标202的各种参数经选择以提供：单个衍射级由成像子系统110收集(例如，如图4A及4B中所图解说明的-1级衍射404)。举例来说，单元206a中的特征的周期性以及与测量处方相关联的参数(例如但不限于：第一照明光束108a的波长、第一照明光束108a的入射角，或收集光瞳302的大小)可经选择以提供：来自第一照明光束108a的单个衍射级通过收集光瞳302。
图4C是根据本公开的一或多个实施例的利用图3中沿着与第一照明光束108a对置的方位角、沿着X方向定向的第二照明光束108b对叠盖目标202的单元206a进行成像的示意图。图4D是根据本公开的一或多个实施例的收集光瞳302的示意图，其图解说明由单元206a产生的第二照明光束108b的衍射级的分布。图4C及4D类似地图解说明沿着X方向的多个衍射级的产生，所述多个衍射级可与第一照明光束108a的衍射级的分布对称。特定来说，图4C及4D图解说明0级衍射408(例如，镜面反射)、-1级衍射410及-2级衍射412的产生。类似地，图4C及4D图解说明单个衍射级(此处，-1级衍射410)的收集。
图4E是根据本公开的一或多个实施例的利用图3中沿着Y方向定向的第三照明光束108c对叠盖目标202的单元206a进行成像的示意图。图4F是根据本公开的一或多个实施例的收集光瞳302的示意图，其图解说明由单元206a产生的第三照明光束108c的衍射级的分布。
如图4E及4F中所图解说明，单元206a并不沿着Y方向使第三照明光束108c衍射，而是仅沿着X方向(例如，+1级衍射414、0级衍射416(例如，镜面反射)及-1级衍射418)。此外，在一个实施例中，照明子系统106、成像子系统110及叠盖目标202的各种参数经选择以提供：无衍射级(包含0级衍射)通过收集光瞳302。因此，单元206a的特征将在叠盖目标202的基于第三照明光束108c的图像中不可见。虽然未展示，但应理解，利用第四照明光束108d对单元206a进行照明将具有与利用第三照明光束108c进行照明类似的结果。
此外，应理解，图4A到4F可图解说明具有沿着X方向为周期性的结构的任何单元206(例如，单元206d)。还应理解，图4A到4F中所图解说明的概念可进一步图解说明具有沿着Y方向为周期性的结构的单元(例如，单元206b及单元206c)的成像。特定来说，利用第三照明光束108c及第四照明光束108d对叠盖目标202进行成像可导致收集由单元206b及单元206c产生的单个衍射级且不收集来自单元206a及单元206d的光，使得仅单元206b及单元206c是可见的。
现在参考图5A到6，根据本公开的一或多个实施例更详细地描述基于各种照明条件的叠盖目标202的场平面图像。在一个实施例中，如图5A到6中所图解说明，叠盖目标202由入射照明完全照明。就此来说，被引导到叠盖目标202的照明比叠盖目标202的大小大。
图5A是根据本公开的一或多个实施例的基于利用第一照明光束108a或第二照明光束108b的照明的叠盖目标202的图像的概念图。如参考图4A到4F所描述，利用第一照明光束108a或第二照明光束108b进行照明导致收集由沿着X方向为周期性的结构(此处，单元206a及单元206d)产生的单个衍射级(例如，-1级衍射404或-1级衍射410)且不收集来自沿着Y方向为周期性的结构的光。因此，仅单元206a及单元206d在图像中可见，但那些单元中的光栅上覆光栅特征未被解析，而是显现为整体特征。在本文中进一步请考虑，利用第一照明光束108a产生的图像中的可见单元与利用第二照明光束108b产生的图像中的可见单元相比的相对强度可指示和样本104的第一层210与第二层214沿着X方向的相对位移相关联的叠盖误差。
图5B是根据本公开的一或多个实施例的基于利用第三照明光束108c或第四照明光束108d的照明的叠盖目标202的图像的概念图。在此配置中，仅单元206b及单元206c在图像中可见。此外，可基于利用第三照明光束108c产生的图像中的可见单元与利用第四照明光束108d产生的图像中的可见单元相比的相对强度而产生沿着Y方向的叠盖测量。
在本文中请考虑，可使用图5A及5B中所图解说明的图像来产生和样本104的第一层210与第二层214的相对位移相关联的叠盖测量。特定来说，利用第一照明光束108a产生的图像中的可见单元与利用第二照明光束108b产生的图像中的可见单元相比的相对强度可指示沿着X方向的叠盖误差，而利用第三照明光束108c产生的图像中的可见单元与利用第四照明光束108d产生的图像中的可见单元相比的相对强度可指示沿着Y方向的叠盖误差。
现在参考图6，在另一实施例中，可使用两个图像来产生沿着X及Y方向的叠盖测量，其中每一图像从一对两个正交照明光束108形成。
图6是根据本公开的一或多个实施例的基于利用第一照明光束108a及第三照明光束108c或第二照明光束108b及第四照明光束108d的照明的叠盖目标202的图像的概念图。在此配置中，图6中的图像是使用具有正交方位角的一对照明光束108形成的。
在图6中，叠盖目标202中的所有单元206a到206d均为可见的。然而，如图4A到5D中所图解说明，任何特定单元206的图像从与单个照明光束108相关联的光形成。以此方式，由相对的成对照明光束108产生的一对图像(例如图6中所图解说明的图像)可包含与四个图像(例如图5A及5B中所图解说明的图像)相同的信息，使得可基于两个图像(及两个对应测量处方)而非四个图像(及四个对应测量处方)而产生等效叠盖测量。
现在参考图7A到7E，根据本公开的一或多个实施例更详细地描述利用分割光瞳产生暗场图像。
在一个实施例中，叠盖度量工具102包含光瞳分割光学器件，例如但不限于位于光瞳平面702中的棱镜，所述棱镜用以将收集光瞳302的不同部分中的光的部分选择性地引导到不同检测器134。举例来说，虽然未展示，但图1D中所图解说明的叠盖度量工具102可包含位于暗场镜148的孔口内或在检测器134之前的共轭光瞳平面中的光瞳分割光学器件。
图7A是根据本公开的一或多个实施例的分割光瞳平面702的概念图。在一个实施例中，光瞳平面702被分割成四个象限，其中两个相对照明象限704提供利用两个相对照明光束108(例如，第一对角照明光束108e及第二对角照明光束108f)的照明且两个相对收集象限706提供对样本光132的收集。此外，来自照明光束108的0级衍射在照明象限704中被阻挡(例如，通过暗场镜148等等)以提供暗场成像。
在另一实施例中，如图7B到7E中所图解说明，照明光束108相对于测量方向(例如，叠盖目标202的各种单元206的周期性的方向)对角地定向。
图7B是根据本公开的一或多个实施例的光瞳平面702的概念图，其图解说明通过在Y方向上具有周期性的单元206b及单元206c的第一对角照明光束108e的衍射级的分布。特定来说，图7B图解说明-1级衍射708、0级衍射710、+1级衍射712及+2级衍射714。图7C是根据本公开的一或多个实施例的光瞳平面702的概念图，其图解说明通过在X方向上具有周期性的单元206a及单元206d的第一对角照明光束108e的衍射级的分布。特定来说，图7C图解说明-1级衍射716、0级衍射718、+1级衍射720及+2级衍射722。如由图7B及7C所图解说明，从任何给定单元收集单个衍射级。因此，此配置可产生与图6类似的图像。
图7D是根据本公开的一或多个实施例的光瞳平面702的概念图，其图解说明通过在Y方向上具有周期性的单元206b及单元206c的第二对角照明光束108f的衍射级的分布。特定来说，图7D图解说明-1级衍射724、0级衍射726、+1级衍射728及+2级衍射730。图7E是根据本公开的一或多个实施例的光瞳平面702的概念图，其图解说明通过在X方向上具有周期性的单元206a及单元206d的第二对角照明光束108f的衍射级的分布。特定来说，图7E图解说明-1级衍射732、0级衍射734、+1级衍射736及+2级衍射738。类似于图7B及7C，图7D及7E图解说明对单个衍射级的收集是从叠盖目标202的任何给定单元但是从相对第二照明光束108f收集的。因此，此配置还可产生与图6类似的图像且可使用与上文关于图6所描述类似的技术来确定叠盖。
再次参考图1A到1D，根据本公开的一或多个实施例更详细地描述用于扫描或静态度量模式的叠盖度量工具102的配置。一般在2019年9月27日提出申请的美国专利申请案第16/586,504号及2019年10月10日提出申请的美国专利申请案第16/598,146号中描述以扫描或静态模式的叠盖度量，所述美国专利申请案两者均以其全文引用的方式并入。
叠盖度量工具102可包含此项技术中已知的适合于测量从样本104接收的照明的任何类型的光学检测器134。此外，叠盖度量工具102可一般包含任何数目个检测器134。
在一个实施例中，叠盖度量工具102包含适合于在样本104处于运动中的同时产生样本104的一或多个图像的一或多个传感器。举例来说，检测器134可包含线传感器，所述线传感器包含一行像素。就此来说，系统100可通过以下操作而一次一行地产生连续图像(例如，条带图像)：使样本104在垂直于像素行的扫描方向上平移穿过测量视野且在连续曝光窗期间连续对线传感器进行时钟控制。通过另一实例的方式，检测器134可包含时域积分(TDI)传感器，所述TDI传感器包含多个像素行及读出行。TDI传感器可以与线传感器类似的方式进行操作，只有时钟信号可将电荷从一个像素行连续移动到下一像素行直到电荷到达读出行除外，其中产生图像的行。通过使电荷转移(例如，基于时钟信号)与样本沿着扫描方向的运动同步，电荷可继续跨越像素行而累积以提供与线传感器相比的相对较高信噪比。
在另一实施例中，叠盖度量工具102包含适合于在样本104为静态的同时产生样本104的一或多个图像的一或多个传感器。举例来说，检测器134可包含适合于产生静态样本104的一或多个图像的传感器，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，或雪崩光电二极管(APD)阵列。此外，检测器134可包含每一像素具有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。就此来说，可在曝光窗期间基于去往像素的一或多个驱动信号而将多分接头像素中的电荷引导到任何选定分接头。因此，包含多分接头像素的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，每一图像与相关联像素的不同分接头相关联。此外，出于本公开的目的，多分接头传感器的分接头可指连接到相关联像素的输出分接头。就此来说，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。
在另一实施例中，检测器134可包含适合于识别从样本104发出的辐射的波长的光谱检测器。在另一实施例中，系统100可包含多个检测器134(例如，与由一或多个分束器产生的多个光束路径相关联以促进通过系统100进行的多个度量测量)。举例来说，系统100可包含适合于静态模式成像的一或多个检测器134及适合于扫描模式成像的一或多个检测器134。在另一实施例中，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134。举例来说，TDI传感器可通过以下操作而在静态模式中进行操作：在曝光窗期间不对TDI传感器进行时钟控制以在像素行之间转移电荷。然后，一旦曝光窗停止(例如，经由快门、关断照明源120等等)且额外光不入射于像素上，便可对TDI传感器进行时钟控制以逐线地将电荷转移到读出行来产生具有等于像素行数目的长度的图像。
在本文中进一步请考虑，可使用各种技术来利用用于如本文中所公开的叠盖测量的相对照明光束108产生样本104(例如，样本104上的叠盖目标202)的单独图像。
在一个实施例中，利用相对照明光束108的叠盖目标202的单独图像是通过使用利用照明光束108对样本104的顺序照明所产生的顺序图像而产生的。举例来说，可通过依序扫描叠盖目标202而产生扫描配置中的顺序图像，其中利用不同照明条件(例如，每一扫描中的不同照明光束108)对叠盖目标202进行照明。通过另一实例的方式，可通过在叠盖目标202于叠盖度量工具102中保持静态的同时利用不同照明条件依序对叠盖目标202进行照明及成像而产生静态配置中的顺序图像。
在另一实施例中，在叠盖目标202遍及叠盖度量工具102的测量视野被扫描的同时利用不同照明条件(例如，不同照明光束108)交替地对叠盖目标202进行照明且基于交替照明条件而产生叠盖目标202的交错图像。可然后从交错图像提取与不同照明条件相关联的单独图像。就此来说，可在单个扫描中产生与多个单独照明条件相关联的多个单独图像，此可促进高吞吐量扫描度量。
举例来说，可通过以下操作在扫描模式中使用包含TDI传感器的检测器134产生交错图像：利用样本光132选择性地照明TDI传感器的交替像素行802(例如，对于两个交替照明条件，每隔一个像素行，对于四个交替照明条件，每隔四行，对于N个交替照明条件，每隔N行等等)。就此来说，叠盖目标202的图像跨越选定行进行分布，而介入行804未被照明。可使用多种技术来执行对交替像素行802的选择性交替照明，所述技术包含但不限于经定位以阻挡介入行804的圆柱形透镜阵列或狭缝阵列。图8是根据本公开的一或多个实施例的成像子系统110的概念图，所述成像子系统经配置以使用包含TDI传感器的检测器134从两个交替照明条件产生交错图像。可使用包含但不限于如图8中所图解说明的圆柱形透镜阵列806的光学元件的任何适合组合来完成到交替行上的选定成像。
另外，可使TDI传感器沿着扫描方向808的电荷转移速率与切换照明子系统106的速率同步。举例来说，在两个交替照明条件(例如，适合于形成例如图6中所图解说明的图像的图像的照明光束108)的情形中，TDI传感器可经时钟控制以允许在第一照明条件下使电荷在像素行802中累积，然后经时钟控制以在像素行802利用第二照明配置被照明时将电荷转移到介入行804。此过程可然后重复进行，使得图像(例如，交错图像)的交替行对应于交替照明条件。然后，与照明条件中的每一者相关联的单独图像可为将交替行提取到单独图像中。
通过另一实例的方式，可使用如本文中先前所描述的多分接头成像传感器来获得在静态模式中使用交替照明条件对叠盖目标202的图像的高效捕获。就此来说，可基于去往像素的一或多个驱动信号在曝光窗期间将每一像素中的电荷引导到任何选定分接头。在单个读出阶段期间，包含多分接头像素的阵列的多分接头传感器可产生多个图像，每一图像与相关联像素的不同分接头相关联。因此，系统100可通过在样本104为静态的同时在曝光窗期间依序提供任何选定数目个光学配置而执行静态模式测量。
图9是图解说明根据本公开的一或多个实施例的在叠盖方法900中执行的步骤的流程图。申请人注意，本文中先前在系统100的上下文中所描述的实施例及赋能技术应被解释为扩展到方法900。然而，进一步注意，方法900并不限于系统100的架构。
在一个实施例中，方法900包含步骤902：利用第一照明瓣及第二照明瓣依序对样本上的叠盖目标进行照明。举例来说，叠盖目标可包含在第一样本层及第二样本层上形成周期性结构的一或多个光栅上覆光栅特征，其中一或多个光栅上覆光栅结构沿着如图2中所图解说明的测量方向为周期性的。此外，叠盖目标可一般包含多组单元，所述多组单元包含沿着多个测量方向的光栅上覆光栅特征以促进沿着多个测量方向的叠盖测量。在此情形中，步骤902可包含利用两个照明条件依序对叠盖目标进行照明，其中第一照明条件包含第一对照明瓣，所述第一对照明瓣包含各自沿着第一方向及第二方向的一个照明瓣，且其中第二照明条件包含与第一对照明瓣相对(例如，以相对方位角)的第二对照明瓣。
在另一实施例中，方法900包含步骤904：利用检测器产生叠盖目标的第一图像及第二图像，其中第一图像包含一或多个光栅上覆光栅结构的从第一照明瓣的单个非零衍射级形成的未解析图像，且其中第二图像包含一或多个光栅上覆光栅结构的从第二照明瓣的单个非零衍射级形成的未解析图像。在叠盖目标包含具有沿着多个测量方向为周期性的光栅上覆光栅结构的多组单元的情形中，第一图像及第二图像可包含所有单元的未解析图像，但可基于来自单个照明瓣的单个衍射级而产生每一单元的图像。
在另一实施例中，方法900包含步骤906：基于第一图像及第二图像而确定样本的第一层与第二层之间沿着测量方向的叠盖误差。特定来说，叠盖可与第一图像及第二图像中的特定光栅上覆光栅结构的强度差异成比例。
本文中所描述的标的物有时图解说明含于其它组件内或与其它组件连接的不同组件。应理解，此类所描绘架构仅为示范性的，且事实上可实施实现相同功能性的许多其它架构。在概念意义上，实现相同功能性的任何组件布置有效地“相关联”，使得实现所期望的功能性。因此，可将本文中经组合以实现特定功能性的任何两个组件视为彼此“相关联”，使得实现所期望的功能性，而无论架构或中间组件如何。同样地，如此相关联的任何两个组件还可被视为彼此“连接”或“耦合”以实现所期望的功能性，且能够如此相关联的任何两个组件还可被视为彼此“可耦合”以实现所期望的功能性。可耦合的特定实例包含但不限于可物理上互动及/或物理上互动的组件及/或可以无线方式互动及/或以无线方式互动的组件及/或可逻辑上互动及/或逻辑上互动的组件。
据信，将通过前述描述理解本公开及其附带优点中的许多优点，且将明了可在不背离所公开标的物或不牺牲所有其材料优点的情况下在组件的形式、构造及布置方面做出各种改变。所描述的形式仅是解释性的，且所附权利要求书的意图是囊括并包含此类改变。此外，应理解，本发明由所附权利要求书界定。

Claims (29)

1.一种叠盖度量系统，其包括：
照明子系统，其经配置以利用第一照明瓣及与所述第一照明瓣对置的第二照明瓣依序对样本上的叠盖目标进行照明，其中所述叠盖目标包含从第一样本层及第二样本层上的周期性结构形成的一或多个光栅上覆光栅特征，其中所述一或多个光栅上覆光栅结构沿着测量方向为周期性的；
成像子系统，其包括：
物镜；及
检测器，其经配置以产生所述叠盖目标的第一图像及第二图像，其中所述第一图像包含所述一或多个光栅上覆光栅结构的从所述第一照明瓣的单个非零衍射级形成的未解析图像，所述单个非零衍射级是通过所述一或多个光栅上覆光栅结构沿着所述测量方向产生的，其中所述第二图像包含所述一或多个光栅上覆光栅结构的从所述第二照明瓣的单个非零衍射级形成的未解析图像，所述单个非零衍射级是通过所述一或多个光栅上覆光栅结构沿着所述测量方向产生的；以及
控制器，其通信地耦合到所述检测器，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，从而致使所述一或多个处理器基于所述第一图像及所述第二图像而确定所述样本的所述第一层与所述第二层之间沿着所述测量方向的叠盖误差。
2.根据权利要求1所述的叠盖度量系统，其中基于所述第一图像及所述第二图像而确定所述样本的所述第一层与所述第二层之间沿着所述测量方向的叠盖误差包括：
基于所述第一图像与所述第二图像中所述一或多个光栅上覆光栅结构的强度差异而确定所述样本的所述第一层与所述第二层之间沿着所述测量方向的叠盖误差。
3.根据权利要求1所述的叠盖度量系统，其中所述照明子系统包含一或多个照明透镜，所述一或多个照明透镜经配置而以在所述物镜的数值孔径之外的数值孔径利用所述第一照明瓣及所述第二照明瓣来对所述叠盖目标进行照明。
4.根据权利要求1所述的叠盖度量系统，其中所述照明子系统通过所述物镜而将所述第一照明瓣及所述第二照明瓣引导到所述样本，其中所述成像子系统进一步包含用以阻挡与所述第一照明瓣及所述第二照明瓣相关联的镜面反射的一或多个光束阻挡件。
5.根据权利要求4所述的叠盖度量系统，其中所述一或多个光束阻挡件包括：
所述成像子系统中的暗场光阑。
6.根据权利要求4所述的叠盖度量系统，其进一步包括：
暗场镜，其为所述照明子系统与所述成像子系统所共用，其中所述暗场镜通过所述物镜而将所述第一照明瓣及所述第二照明瓣引导到所述叠盖目标，其中所述暗场镜操作为所述一或多个光束阻挡件以阻挡所述第一照明瓣及所述第二照明瓣的所述镜面反射，其中所述暗场镜使与所述第一照明瓣及所述第二照明瓣相关联的所述单个衍射级通过。
7.根据权利要求6所述的叠盖度量系统，其中所述暗场镜包括：
环形镜。
8.根据权利要求1所述的叠盖度量系统，其中所述检测器包括：
扫描检测器，其经配置以在所述样本通过平移载台而平移穿过所述物镜的测量场的同时产生所述第一图像及所述第二图像。
9.根据权利要求8所述的叠盖度量系统，其中所述检测器包括：
时域积分(TDI)传感器。
10.根据权利要求9所述的叠盖度量系统，其进一步包括：
圆柱形透镜阵列，其经配置以将从所述样本发出的光引导到所述TDI传感器的每个第N像素行，其中所述叠盖度量系统经配置以通过以下操作而执行扫描模式测量：
以所述TDI传感器的电荷转移速率平移所述样本；
利用所述第一照明瓣及所述第二照明瓣交替地对所述样本进行照明，其中所述成像子系统的连续光学配置之间的切换时间与所述TDI传感器的所述电荷转移速率对应；
在曝光窗期间利用所述TDI传感器产生包含所述第一图像及所述第二图像的交错图像；及
将所述交错图像分离成所述第一图像及所述第二图像。
11.根据权利要求10所述的叠盖度量系统，其进一步包括：
狭缝阵列，其经定位以阻挡所述TDI传感器的未被所述圆柱形透镜阵列照明的像素行。
12.根据权利要求1所述的叠盖度量系统，其中所述检测器包括：
静态成像检测器，其经配置以在所述样本通过平移载台而在所述物镜的测量场中为静态的同时产生所述第一图像及所述第二图像。
13.根据权利要求1所述的叠盖度量系统，其中所述第一照明瓣或所述第二照明瓣中的至少一者包括：
非相干照明光束。
14.根据权利要求13所述的叠盖度量系统，其中所述非相干照明光束包括：
斑点消除激光光束。
15.一种叠盖度量系统，其包括：
照明子系统，其经配置以提供沿着第一测量方向的第一对相对照明瓣及沿着正交于所述第一测量方向的第二测量方向的第二对照明瓣，其中所述照明子系统进一步经配置以利用第一照明配置及第二照明配置依序对样本上的叠盖目标进行照明，所述第一照明配置包含来自所述第一对相对照明瓣及所述第二对相对照明瓣中的每一者的一个照明瓣，所述第二照明配置包含来自所述第一对照明瓣及所述第二对照明瓣中的每一者的剩余照明瓣，其中所述叠盖目标包括：
第一组一或多个单元，其包含从第一样本层及第二样本层上的周期性结构形成的一或多个光栅上覆光栅特征，其中所述一或多个光栅上覆光栅结构沿着所述第一方向为周期性的；及
第二组一或多个单元，其包含从所述第一样本层及所述第二样本层上的周期性结构形成的一或多个光栅上覆光栅特征，其中所述一或多个光栅上覆光栅结构沿着所述第二测量方向为周期性的；
成像子系统，其包括：
物镜；及
检测器，其经配置以产生所述叠盖目标的第一图像及第二图像，其中所述第一图像是利用来自所述第一照明配置中的每一照明瓣的单个非零衍射级形成的，其中所述第二图像是利用来自所述第二照明配置中的每一照明瓣的单个非零衍射级形成的；以及
控制器，其通信地耦合到所述检测器，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，从而致使所述一或多个处理器基于所述第一图像及所述第二图像而确定所述样本的所述第一层与所述第二层之间沿着所述第一测量方向及所述第二测量方向的叠盖误差。
16.根据权利要求15所述的叠盖度量系统，其中基于所述第一图像及所述第二图像而确定所述样本的所述第一层与所述第二层之间沿着所述第一测量方向及所述第二测量方向的叠盖误差包括：
基于所述第一图像与所述第二图像中所述第一组一或多个单元的强度差异而确定所述样本的所述第一层与所述第二层之间沿着所述第一测量方向的叠盖误差；及
基于所述第一图像与所述第二图像中所述第二组一或多个单元的强度差异而确定所述样本的所述第一层与所述第二层之间沿着所述第二测量方向的叠盖误差。
17.根据权利要求15所述的叠盖度量系统，其中所述照明子系统包含一或多个照明透镜，所述一或多个照明透镜经配置而以在所述物镜的数值孔径之外的数值孔径利用所述第一照明瓣及所述第二照明瓣来对所述叠盖目标进行照明。
18.根据权利要求15所述的叠盖度量系统，其中所述照明子系统通过所述物镜而将所述第一照明配置及所述第二照明配置引导到所述样本，其中所述成像子系统进一步包含用以阻挡与所述第一照明配置及所述第二照明配置中的照明瓣相关联的镜面反射的一或多个光束阻挡件。
19.根据权利要求18所述的叠盖度量系统，其中所述一或多个光束阻挡件包括：
所述成像子系统中的暗场光阑。
20.根据权利要求18所述的叠盖度量系统，其进一步包括：
暗场镜，其为所述照明子系统与所述成像子系统所共用，其中所述暗场镜通过所述物镜而将所述第一照明配置及所述第二照明配置引导到所述叠盖目标，其中所述暗场镜操作为所述一或多个光束阻挡件以阻挡所述第一照明配置及所述第二照明配置中的所述照明瓣的所述镜面反射，其中所述暗场镜使与所述第一照明配置及所述第二照明配置中的所述照明瓣相关联的所述单个衍射级通过。
21.根据权利要求20所述的叠盖度量系统，其中所述暗场镜包括：
环形镜。
22.根据权利要求15所述的叠盖度量系统，其中所述检测器包括：
扫描检测器，其经配置以在所述样本通过平移载台而平移穿过所述物镜的测量场的同时产生所述第一图像及所述第二图像。
23.根据权利要求22所述的叠盖度量系统，其中所述检测器包括：
时域积分(TDI)传感器。
24.根据权利要求23所述的叠盖度量系统，其进一步包括：
圆柱形透镜阵列，其经配置以将从所述样本发出的光引导到所述TDI传感器的每个第N像素行，
其中所述叠盖度量系统经配置以通过以下操作而执行扫描模式测量：
以所述TDI传感器的电荷转移速率平移所述样本；
利用所述第一照明瓣及所述第二照明瓣交替地对所述样本进行照明，其中所述成像子系统的连续光学配置之间的切换时间与所述TDI传感器的所述电荷转移速率对应；
在曝光窗期间利用所述TDI传感器产生包含所述第一图像及所述第二图像的交错图像；及
将所述交错图像分离成所述第一图像及所述第二图像。
25.根据权利要求24所述的叠盖度量系统，其进一步包括：
狭缝阵列，其经定位以阻挡所述TDI传感器的未被所述圆柱形透镜阵列照明的像素行。
26.根据权利要求15所述的叠盖度量系统，其中所述检测器包括：
静态成像检测器，其经配置以在所述样本通过平移载台而在所述物镜的测量场中为静态的同时产生所述第一图像及所述第二图像。
27.根据权利要求15所述的叠盖度量系统，其中所述第一照明瓣或所述第二照明瓣中的至少一者包括：
非相干照明光束。
28.根据权利要求27所述的叠盖度量系统，其中所述非相干照明光束包括：
斑点消除激光光束。
29.一种叠盖度量方法，其包括：
利用第一照明瓣及第二照明瓣依序对样本上的叠盖目标进行照明，其中所述叠盖目标包含从第一样本层及第二样本层上的周期性结构形成的一或多个光栅上覆光栅特征，其中所述一或多个光栅上覆光栅结构沿着测量方向为周期性的；
利用检测器产生所述叠盖目标的第一图像及第二图像，其中所述第一图像包含所述一或多个光栅上覆光栅结构的从所述第一照明瓣的单个非零衍射级形成的未解析图像，所述单个非零衍射级是沿着所述测量方向来自所述一或多个光栅上覆光栅结构，其中所述第二图像包含所述一或多个光栅上覆光栅结构的从所述第二照明瓣的单个非零衍射级形成的未解析图像，所述单个非零衍射级是通过所述一或多个光栅上覆光栅结构沿着所述测量方向产生的；及
基于所述第一图像及所述第二图像而确定所述样本的所述第一层与所述第二层之间沿着所述测量方向的叠盖误差。
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