CN117413223A

CN117413223A - 量测测量方法和设备

Info

Publication number: CN117413223A
Application number: CN202280037741.XA
Authority: CN
Inventors: H-K·尼恩惠斯; P·P·赫芬斯坦; S·B·罗博尔; L·F·范赖斯韦克; S·C·斯科尔茨
Original assignee: ASML Holding NV
Current assignee: ASML Holding NV
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2022-05-09
Publication date: 2024-01-16

Abstract

披露了一种使用量测工具测量衬底上的目标的方法，所述量测工具包括：照射源，所述照射源能够操作以发射用于照射所述目标的照射束；以及量测传感器，所述量测传感器用于收集已经由所述目标散射的散射辐射。所述方法包括：基于以下各项计算目标角：所述目标的单位单元在第一方向和正交于所述第一方向的第二方向上的单元尺寸；以及所选择的成对的互补衍射阶在所述第一方向和所述第二方向上的阶数。在相对于所述照射束的第一目标定向和第二目标定向上执行至少一对测量结果获取，其中，用于所述至少一对测量结果获取中的至少一个的所述目标角是倾斜角。

Description

量测测量方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年5月31日递交的EP申请21176856.9、于2021年8月20日递交的EP申请21192381.8、于2021年11月29日递交的EP申请21210947.4和于2022年2月15日递交的EP申请22156865.2的优先权，这些申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于测量在衬底中或衬底上制造的结构的参数的方法和设备。特定的布置可以涉及(但无需限于)重叠或侧壁角的测量。

背景技术

光刻设备是被构造成将期望的图案施加到衬底上的机器。光刻设备可以用于例如制造集成电路(IC)。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”)投影到提供于衬底(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。该辐射的波长确定可以形成于衬底上的特征的最小尺寸。当前在使用中的典型波长为365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。与使用例如具有193nm的波长的辐射的光刻设备相比，使用具有在4nm至20nm的范围内(例如，6.7nm或13.5nm)的波长的极紫外(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。在此过程中，可以将分辨率公式表示为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”(通常是所印刷的最小特征尺寸，但在这种情况下为半节距)并且k₁是经验分辨率因子。一般而言，k₁越小，则在衬底上再生类似于由电路设计者规划的形状及尺寸以便实现特定电功能性及性能的图案就变得越困难。为了克服这些困难，可以将复杂微调步骤应用到光刻投影装置和/或设计布局。这些步骤包括例如但不限于：NA的优化、自定义照射方案、相移图案形成装置的使用、设计布局的各种优化，诸如设计布局中的光学邻近效应校正(OPC，有时也被称为“光学及过程校正”)，或通常被定义为“分辨率增强技术”(RET)的其他方法。替代地，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下的图案的再生。

在光刻过程中，需要频繁地进行所产生结构的测量例如以用于过程控制及验证。用于进行这种测量的各种工具是已知的，包括经常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜，以及用于测量重叠(器件中两个层的对准准确度)的专用工具。近年来，已经开发出用于光刻领域中使用的各种形式的散射仪。

已知的散射仪的示例经常依赖于专用量测目标的提供。例如，一种方法可能需要呈简单光栅的形式的目标，该光栅足够大以使得测量束产生小于该光栅的光点(即，该光栅填充不足)。在所谓的重新构造方法中，可以通过仿真散射辐射与目标结构的数学模型的相互作用来计算光栅的特性。调整模型的参数，直至所仿真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。

除了通过重新构造进行特征形状的测量以外，还可以使用这种设备来测量基于衍射的重叠，如公开的专利申请案US2006066855A1中描述的。使用衍射阶的暗场成像的基于衍射的重叠测量实现对较小目标的重叠测量。这些目标可以小于照射光点并且可以被晶片上的产品结构环绕。在诸如例如US2011102753A1和US20120044470A的众多公开专利申请案中找到暗场成像测量的示例。可以使用复合光栅目标而在一个图像中测量多个光栅。已知的散射仪趋向于使用在可见光或近红外(IR)波范围内的光，这要求光栅的节距比其特性实际上是感兴趣的特性的实际产品结构粗略得多。可以使用具有短得多的波长的深紫外(DUV)、极紫外(EUV)或X射线辐射来限定这些产品特征。遗憾的是，这些波长通常不可以用于或不能用于量测。

另一方面，现代的产品结构的尺寸如此之小，以致现代的产品结构的尺寸无法通过光学量测技术而成像。较小的特征包括例如通过多个图案形成过程和/或节距倍增而形成的特征。因此，用于大容量量测的目标经常使用比其重叠误差或临界尺寸为感兴趣的特性的产品大得多的特征。测量结果仅与真实产品结构的尺寸间接地相关，并且可能不准确，这是因为量测目标在光刻设备中的光学投影下不会遭受相同的失真，和/或在制造过程的其他步骤中的不同处理。虽然扫描电子显微法(SEM)能够直接地分辨这些现代的产品结构，但是SEM的耗时要比光学测量的耗时多得多。此外，电子不能够穿透厚的过程层，这使得厚的过程层比较不适合于量测应用。虽然诸如使用接触垫来测量电特性的其他技术也是已知的，但是所述技术仅提供真实产品结构的间接证据。

通过减小在量测期间使用的辐射的波长，可以分辨较小的结构，以增加对结构的结构变化的敏感度和/或进一步穿透到产品结构中。产生适当的高频率辐射(例如，硬X射线、软X射线和/或EUV辐射)的一种此类方法可以使用泵浦辐射或所谓的驱动辐射(例如，红外IR辐射)以激发产生介质，由此产生发射辐射，可选地包括高频率辐射的高阶谐波产生。

在特定的已知布置中，可以通过使用电磁辐射照射重叠目标或其他结构并且测量从重叠目标衍射或反射的辐射来执行重叠测量。该目标可以包括在彼此的顶部上的两个光栅。衍射辐射中的不对称性被定义为负衍射阶与对应的正衍射阶的强度之间的差，例如-1衍射阶与+1衍射阶之间的差。这种不对称性依赖于重叠目标的顶部光栅与底部光栅之间的横向移位(重叠移位)。因此，重叠光栅的不对称性允许评估重叠。

如本文中使用的，术语“强度”涵盖每单位面积辐射(所述辐射可以是SXR辐射)的入射功率(以瓦特为单位)。在所披露的示例性布置中，面积可以是检测器或传感器面积。术语“信号”涵盖在曝光期间由检测器(或传感器)像素收集的电荷。信号可以以库仑或以仿真数字单位(ADU)表示。信号与辐照度及曝光时间成比例(比例常数是波长依赖性的)。术语“反射率”涵盖衍射光谱通量对入射于目标上的光谱通量的比率。反射率可以依赖于目标特性、目标定向、波长和/或衍射阶数。目标的反射率可以随着时间推移而变化(漂移)。可以将反射率测量为在整个曝光时间上的平均值。

该评估通常需要校准不对称性与重叠之间的关系(换句话说，提取重叠对不对称性的敏感度)。该校准可以使用对具有已知的重叠移位(重叠偏置)的多个重叠目标的测量来进行。一种示例性校准方法使用对具有不同重叠移位的两个重叠目标的测量来提取重叠(以及敏感度)。

在不存在系统(或工具)不对称性(例如，传感器不对称性)的情况下，来自目标的衍射辐射的单一测量足以用于重叠提取。系统不对称性(例如，与1阶相比，用于-1阶的检测器的不同增益)将非重叠不对称性添加到基于衍射辐射确定的不对称性。为了移除该工具诱发的不对称性，在同一目标已经在平面内旋转180度之后对该目标进行第二测量。第一测量被称为标称目标定向测量，第二测量被称为经旋转目标定向测量。经旋转测量引起来自也经旋转的目标的衍射辐射。然而，工具诱发的不对称性将不被旋转。因此，标称测量和经旋转测量的组合允许区别重叠不对称性与系统不对称性。

该方法对于1D周期性目标是有效的。然而，当测量2D周期性目标例如以测量单一目标上的两个衬底平面方向上的重叠时，该方法不起作用。

因而，需要用于在测量2D周期性目标时校正系统或工具不对称性的改善的方法。

发明内容

在本发明的第一方面中，提供一种使用量测工具测量衬底上的目标的方法，所述量测工具包括：照射源，所述照射源能够操作以发射用于照射所述目标的照射束；以及量测传感器，所述量测传感器用于收集已经由所述目标散射的散射辐射，所述衬底的表面限定在第一工具方向和正交于所述第一工具方向的第二工具方向上延伸的衬底平面，其中，所述第一工具方向、所述第二工具方向以及正交于所述第一工具方向和所述第二工具方向的第三工具方向一起限定工具坐标系，所述方法包括：执行至少一对测量结果获取，所述至少一对测量结果获取包括：对相对于所述照射束位于第一目标定向的所述目标进行的第一测量结果获取；以及对相对于所述照射束位于第二目标定向的所述目标进行的第二测量结果获取，其中，所述第一目标定向是由目标坐标系与所述工具坐标系之间的围绕垂直于所述衬底平面的轴线的目标角限定的，其中，用于所述至少一对测量结果获取中的至少一个的所述目标角是倾斜角；以及根据所述第一测量结果获取和所述第二测量结果获取来确定测量结果获取，可选地，所述测量结果获取是针对由于所述照射束和/或所述量测传感器引起的不对称性贡献而被校正的经校正测量结果获取。

附图说明

现在将参考随附的示意性附图并仅以示例的方式来描述实施例，在附图中：

-图1描绘光刻设备的概略图；

-图2描绘光刻单元的概略图；

-图3描绘整体光刻的示意图，所述示意图表示用于优化半导体制造的三种关键技术之间的合作；

-图4示意性地图示散射测量设备；

-图5示意性地图示透射散射测量设备；

-图6描绘其中使用EUV和/或SXR辐射的量测设备的示意图；

-图7描绘照射源的简化示意图；

-图8(a)和(b)描绘用于(a)现有技术反射镜对称工具不对称性校正方法的衍射图案以及(b)点对称工具不对称性校正方法的衍射图案；

-图9是描绘根据第一实施例的方法的步骤的流程图；

-图10是描绘根据第二实施例的方法的步骤的流程图；

-图11(a)和(b)描绘用于通过图10的流程图所描述的方法的衍射图案；

-图12是光谱功率相对于波数的曲线图，所述曲线图图示典型的HHG输出光谱；

-图13是光谱功率相对于q_z值的曲线图，所述曲线图图示针对三个目标定向的离散波长光谱到q_z值的映射；

-图14图示根据实施例的针对经选择以执行完全工具不对称性校正的目标定向中的每一个目标定向的示例性的所捕获的衍射图案；

-图15图示针对经选择以执行初始离群值移除步骤的目标定向中的每一个目标定向的示例性的所捕获的衍射图案；并且

-图16(a)、(b)、(c)和(d)图示针对另一个对称化实施例的目标定向中的每一个目标定向的示例性的所捕获的衍射图案。

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及粒子辐射，包括紫外辐射(例如，具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)、极紫外辐射(EUV，例如具有在约5nm至100nm的范围内的波长)、X射线辐射、电子束辐射及其他粒子辐射。

如本文中使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以被广义地解释为指可以用于向入射辐射束赋予经图案化的横截面的通用图案形成装置，该经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。在此内容背景中，也可以使用术语“光阀”。除了经典掩模(透射或反射型；二元型、相移型、混合型等)以外，其他此类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为调节辐射束B(例如，UV辐射、DUV辐射、EUV辐射或X射线辐射)；掩模支撑件(例如，掩模台)T，所述掩模支撑件被构造成支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并且连接到被配置为根据某些参数来准确地定位图案形成装置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并且连接到被配置为根据某些参数来准确地定位该衬底支撑件的第二定位器PW；以及投影系统(例如，折射投影透镜系统)PS，所述投影系统被配置为将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或更多个管芯)上。

在操作中，照射系统IL例如经由束传递系统BD接收来自辐射源SO的辐射束。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、衍射型、磁性型、电磁型、静电型和/或其他类型的光学部件、或它们的任何组合。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及角强度分布。

本文中使用的术语“投影系统”PS应该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的其他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、合成型、磁性型、电磁型和/或静电型光学系统、或它们的任何组合。可以认为本文中对术语“投影透镜”的任何使用都与更上位的术语“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——这也被称为浸没光刻。在全文以引用的方式并入本文中的US6952253中给出了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(也被称为“双平台”)的类型。在这种“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中的一个上的衬底W进行准备衬底W的后续曝光的步骤的同时，将另一个衬底支撑件WT上的另一个衬底W用于在该另一个衬底W上曝光图案。

除了衬底支撑件WT，光刻设备LA还可以包括测量台。测量台被布置为保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置为测量投影系统PS的特性或辐射束B的特性。测量台可以保持多个传感器。清洁装置可以被布置为清洁光刻设备的一部分，例如投影系统PS的一部分或提供浸没液体的系统的一部分。测量台可以在衬底支撑件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入射于被保持于掩模支撑件T上的图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且由存在于图案形成装置MA上的图案(设计布局)图案化。在已经横穿掩模MA的情况下，辐射束B传递通过投影系统PS，投影系统PS将该束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置测量系统IF，可以准确地移动衬底支撑件WT，例如以便使不同的目标部分C在辐射束B的路径中定位于经聚焦且对准的位置处。类似地，第一定位器PM和可能地另一个位置传感器(另一个位置传感器未在图1中明确地描绘)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及衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。尽管如所图示的衬底对准标记P1、P2占据了专用目标部分，但是所述衬底对准标记P1、P2可以位于目标部分之间的空间中。当衬底对准标记P1、P2位于目标部分C之间时，这些衬底对准标记P1、P2被称为划线对准标记。

如图2中所示，光刻设备LA可以形成光刻单元LC(有时也被称为光刻元(lithocell)或(光刻)簇)的一部分，光刻单元LC经常还包括用于对衬底W执行曝光前过程及曝光后过程的设备。通常，这些设备包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于显影经曝光抗蚀剂的显影器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和烘烤板BK。衬底处置器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底W、在不同的过程设备之间移动衬底W并且将衬底W传递到光刻设备LA的进料台LB。光刻单元中经常也被统称为轨道或涂覆显影系统的装置可以在轨道或涂覆显影系统控制单元TCU的控制下，轨道或涂覆显影系统控制单元TCU自身可以受到管理控制系统SCS控制，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。

在光刻过程中，需要频繁地对所产生的结构进行测量，例如，以用于过程控制及验证。用于进行该测量的工具可以被称为量测工具MT。用于进行这种测量的不同类型的量测工具MT是已知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的散射仪量测工具MT。散射仪是多功能器具，所述多功能器具允许通过在光瞳中或与散射仪的物镜的光瞳共轭的平面中或在光瞳附近或与散射仪的物镜的光瞳共轭的平面附近具有量测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)，或通过在图像平面或与图像平面共轭的平面中或在图像平面附近或与图像平面共轭的平面附近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。全文以引用的方式并入本文中的专利申请案US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1，628,164A中进一步描述了此类散射仪及相关联的测量技术。前述散射仪可以使用来自硬X射线(HXR)、软X射线(SXR)、极紫外(EUV)、可见光至近红外(IR)和IR波长范围的光来测量光栅。在辐射为硬X射线或软X射线的情况下，前述散射仪可以可选地是小角度X射线散射量测工具。

为了正确且一致地曝光由光刻设备LA曝光的衬底W，需要检测衬底以测量经图案化结构的特性，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)、结构的形状等。出于此目的，可以在光刻单元LC中包括检查工具和/或量测工具(未示出)。如果检测到误差，尤其是在同一批量或批次的其他衬底W仍待曝光或处理之前进行检查的情况下，则可以对后续衬底的曝光或对待对衬底W执行的其他处理步骤进行例如调整。

也可以被称为量测设备的检查设备用于确定衬底W的特性，并且尤其确定不同衬底W的特性如何变化或与同一衬底W的不同层相关联的特性在不同层间如何变化。检查设备可以替代地被构造成识别衬底W上的缺陷，并且可以例如是光刻单元LC的一部分，或可以集成到光刻设备LA中，或可以甚至是分立的装置。检查设备可以测量潜像(在曝光之后在抗蚀剂层中的图像)上的特性，或半潜像(在曝光后烘烤步骤PEB之后在抗蚀剂层中的图像)上的特性，或经显影的抗蚀剂图像(其中，抗蚀剂的曝光部分或未曝光部分已经被移除)上的特性，或甚至经蚀刻的图像(在诸如蚀刻的图案转移步骤之后)上的特性。

在第一实施例中，散射仪MT是角度分辨散射仪。在这种散射仪中，重新构造方法可以应用于测得的信号以重新构造或计算光栅的特性。这种重新构造可以例如由仿真散射辐射与目标结构的数学模型的相互作用并且比较仿真结果与测量的结果而引起。调整数学模型的参数，直至所仿真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。

在第二实施例中，散射仪MT是光谱散射仪MT。在这种光谱散射仪MT中，由辐射源发射的辐射被引导到目标上被且来自目标的反射、透射或散射辐射被引导到光谱仪检测器上，该光谱仪检测器测量镜面反射辐射的光谱(即，作为波长的函的强度的测量)。根据此数据，可以例如通过严格耦合波分析及非线性回归或通过与所仿真的光谱库进行比较来重新构造产生所检测到的光谱的目标的结构或剖面。

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各种偏振状态的散射或透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、圆形或椭圆偏振光)。适合于量测设备的源也可以提供偏振辐射。在全文以引用的方式并入本文中的美国专利申请案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中描述了现有的椭圆测量散射仪的各种实施例。

在散射仪MT的一个实施例中，散射仪MT经调适以通过测量反射光谱和/或检测配置中的不对称性来测量两个未对准的光栅或周期性结构的重叠，该不对称性与重叠的程度有关。可以将两个(可能是重叠的)光栅结构施加于两个不同的层(未必是连续层)中，并且这两个光栅结构可以形成为处于晶片上基本相同的位置。散射仪可以具有如在例如共同拥有的专利申请案EP1,628,164A中描述的对称检测配置，使得任何不对称性都是可明确区分的。这提供了用于测量光栅中的对准不良的简单的方式。可以在全文以引用的方式并入本文中的PCT专利申请公开案第WO 2011/012624号或美国专利申请案US 20160161863中找到用于经由作为目标的周期性结构的不对称性来测量包含所述周期性结构的两个层之间的重叠误差的另外示例。

其他感兴趣的参数可以是焦距及剂量。可以通过如全文以引用的方式并入本文中的美国专利申请案US2011-0249244中描述的散射测量(或替代地通过扫描电子显微法)同时确定焦距及剂量。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)中的各点的临界尺寸及侧壁角测量的独特组合的单一结构。如果可得到临界尺寸及侧壁角的这些独特组合，则可以根据这些测量独特地确定焦距值及剂量值。

量测目标可以是通过光刻过程主要在抗蚀剂中形成并且也在例如蚀刻过程之后形成的复合光栅的总体。光栅中的结构的节距及线宽可以在很大程度上依赖于测量光学器件(尤其是光学器件的NA)以便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”)或可以用于重新构造如通过光刻过程所产生的原始光栅的至少一部分。该重新构造可以用于提供光刻过程的质量的指导，并且可以用于控制光刻过程的至少一部分。目标可以具有较小的子分段，该子分段被配置为模仿目标中的设计布局的功能性部分的尺寸。由于该子分段，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更好地类似于设计布局的功能性部分。可以在填充不足模式中或在填充过度模式中量测目标。在填充不足模式中，测量束产生小于总体目标的光点。在填充过度模式中，测量束产生大于总体目标的光点。在这种填充过度模式中，也可以同时测量不同的目标，因此同时确定不同的处理参数。

使用特定目标进行的光刻参数的总体测量质量至少部分由用于测量该光刻参数的测量选配方案确定。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、测得的一个或更多个图案的一个或更多个参数，或它们两者。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中的一个可以是例如测量参数中的一个对于处理变化的敏感度。在全文以引用的方式并入本文中的美国专利申请案US2016-0161863和已公开的美国专利申请案US 2016/0370717A1中描述了更多示例。

光刻设备LA中的图案形成过程可以是在处理中的最关键的步骤中的一个，所述步骤需要衬底W上的结构的尺寸标定及放置的较高准确度。为了确保这种较高准确度，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。这些系统中的一个是光刻设备LA，光刻设备(实际上)连接到量测工具MT(第二系统)并且连接到计算机系统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合作以增强总体过程窗口并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，特定的制造过程在该过程参数范围内产生所限定的结果(例如，功能半导体器件)——可能在该过程参数范围内，光刻过程或图案形成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(的一部分)以预测使用哪种分辨率增强技术，并且执行计算光刻仿真及计算以确定哪种掩模布局及光刻设备设定实现图案形成过程的最大总体过程窗口(在图3中由第一标度SC1中的双箭头描绘)。分辨率增强技术可以被布置为匹配光刻设备LA的图案化可能性。计算机系统CL也可以用于(例如，使用来自量测工具MT的输入)检测光刻设备LA当前正在过程窗口内何处操作以便预测由于例如次优处理而导致是否可能存在缺陷(在图3中由第二标度SC2中的指向“0”的箭头描绘)。

量测工具MT可以将输入提供到计算机系统CL以实现准确仿真及预测，并且可以将反馈提供到光刻设备LA以识别例如光刻设备LA的校准状态中的可能的漂移(在图3中由第三标度SC3中的多个箭头描绘)。

可以提供用于测量使用光刻图案形成设备产生的结构的许多不同形式的量测工具MT。量测工具MT可以使用电磁辐射来询问结构。辐射的特性(例如，波长、带宽、功率)可能影响工具的不同的测量特性，其中，较短波长通常允许增加的分辨率。辐射波长对量测工具可以实现的分辨率有影响。因此，为了能够测量具有较小尺寸的特征的结构，具有短波长的辐射源的量测工具MT是优选的。

辐射波长可能影响测量特性的另一种方式是穿透深度，以及在辐射波长下待检查的材料的透明度/不透明度。依赖于不透明度和/或穿透深度，辐射可以用于透射或反射的测量。测量的类型可能影响是否获得关于结构/衬底的表面和/或块体内部的信息。因此，当选择用于量测工具的辐射波长时，穿透深度及不透明度是待考虑的另一个要素。

为了实现经光刻图案化的结构的测量的较高分辨率，具有短波长的量测工具MT是优选的。这可以包括短于可见波长的波长，例如，在电磁光谱的UV、EUV和X射线部分中的波长。诸如透射小角度X射线散射(TSAXS)的硬X射线方法利用高分辨率及高穿透深度的硬X射线，并且可以因此在透射中操作。另一方面，软X射线及EUV并不穿透目标那么远，而是可以诱发待探测的材料中的丰富的光学响应。这可能由于许多半导体材料的光学特性，并且由于结构的尺寸可以与探测波长相当而导致。结果，例如通过成像或通过分析来自经光刻图案化结构的衍射图案，EUV和/或软X射线量测工具MT可以在反射中操作。

对于硬X射线、软X射线及EUV辐射，可能由于缺乏在所需波长下可以用的高辉度辐射源而限制高容量制造(HVM)应用中的应用。在硬X射线的情况下，工业应用中常用的源包括X射线管。虽然包括高级X射线管(例如，基于液态金属阳极或旋转阳极)的X射线管可以相对地负担得起并且是紧凑的，但是可能缺乏HVM应用所需的辉度。虽然当前存在诸如同步加速器光源(SLS)及X射线自由电子激光器(XFEL)的高辉度X射线源，但是诸如同步加速器光源(SLS)及X射线自由电子激光器(XFEL)的高辉度X射线源的尺寸(＞100m)及高成本(多于1亿欧元)使得它们对于量测应用而言是过分地大且昂贵的。类似地，缺乏足够明亮的EUV及软X射线辐射源的可用性。

图4中描绘量测设备的一个示例，诸如散射仪。散射仪可以包括将辐射5投影到衬底W上的宽带(例如，白光)辐射投影仪2。反射或散射的辐射10传递到光谱仪检测器4，该光谱仪检测器测量镜面反射辐射的光谱6(即，作为波长λ的函数的强度I的测量)。根据该数据，例如，通过严格耦合波分析及非线性回归，或通过与图4的底部处所示的所仿真的光谱库的比较，可以由处理单元PU重新构造引起检测到的光谱的结构或轮廓8。一般而言，对于重新构造，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设一些参数，从而仅留下结构的数个参数以待根据散射测量数据予以确定。这种散射仪可以被配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。

图5中描绘量测设备的示例的透射型版本，诸如图4中所示的散射仪。透射辐射11被传递到光谱仪检测器4，该光谱仪检测器测量如针对图4所论述的光谱6。这种散射仪可以被配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。可选地，透射型版本使用波长<1nm、可选地<0.1nm、可选地<0.01nm的硬X射线辐射。

作为对光学测量方法的替代方案，也已经考虑使用硬X射线、软X射线或EUV辐射，例如具有以下波长范围中的至少一个的辐射：<0.01nm、<0.1nm、<1nm、在0.01nm和100nm之间、在0.01nm和50nm之间、在1nm和50nm之间、在1nm和20nm之间、在5nm和20nm之间及在10nm和20nm之间。量测工具在上文所呈现的波长范围中的一个中发挥作用的一个示例是透射型小角度X射线散射(如内容的全文以引用的方式并入本文中的US 2007224518A中的T-SAXS)。Lemaillet等人在“Intercomparison between optical and X-ray scatterometrymeasurements of FinFET structures(FinFET结构的光学和X射线散射测量之间的相互比较)”(SPIE的会议论文集，2013年，8681)中论述了使用T-SAXS的轮廓(CD)测量。应当注意的是，在全文以引用的方式并入本文中的美国专利公开案第2019/003988A1号及美国专利公开案第2019/215940A1号中描述了激光产生等离子体(LPP)x射线源的使用。在掠入射下使用X射线(GI-XRS)和极紫外(EUV)辐射的反射测量技术可以用于测量衬底上的膜及层的叠层的特性。在一般反射测量术领域内，可以应用测角和/或光谱技术。在测角术中，可以测量在不同入射角下的反射束的变化。另一方面，光谱反射测量术(使用宽带辐射)测量在给定角度下反射的波长的光谱。例如，EUV反射测量术已经在制造用于EUV光刻中的掩模版(图案形成装置)之前用于掩模基底的检查。

可能的是，适用范围使得在例如硬X射线、软X射线或EUV域中的波长的使用是不充分的。已公开的专利申请案US 20130304424A1及US2014019097A1(Bakeman等人/KLA)描述了混合量测技术，在混合量测技术中，将使用x射线进行的测量及利用在120mm和2000nm的范围内的波长的光学测量组合在一起以获得诸如CD的参数的测量。CD测量是通过经由一个或更多个共同部分将x射线数学模型及光学数学模型耦合来获得的。所引用的美国专利申请案的内容的全文以引用的方式并入本文中。

图6描绘其中前述辐射可以用于测量衬底上的结构的参数的量测设备302的示意图。图6中所呈现的量测设备302可以适用于硬X射线、软X射线和/或EUV域。

图6图示包括可选地在掠入射中使用硬X射线、软X射线和/或EUV辐射的光谱散射仪的量测设备302的纯粹作为示例的示意性物理布置。检查设备的替代形式可能以角度分辨散射仪的形式提供，该角度分辨散射仪类似于在较长波长下操作的常规散射仪而使用正入射或近正入射中的辐射。可能以透射型散射仪的形式提供检查设备的替代形式，图5中的配置应用到该透射型散射仪。

检查设备302包括辐射源或所谓的照射源310、照射系统312、衬底支撑件316、检测系统318、398及量测处理单元(MPU)320。

该示例中的照射源310用于产生EUV、硬X射线或软X射线辐射。照射源310可以基于如图6中所示的高阶谐波产生(HHG)技术，并且照射源310也可以是其他类型的照射源，例如液态金属射流源、逆康普顿散射(ICS)源、等离子体通道源、磁波荡器源或自由电子激光(FEL)源。

对于HHG源的示例，如图6中所示，辐射源的主要部件是能够操作以发射泵浦辐射的泵浦/驱动辐射源330以及气体传递系统332。可选地，泵浦辐射源330是激光器，可选地，泵浦辐射源330是脉冲式高功率红外或光学激光器。泵浦辐射源330可以是例如具有光学放大器的基于光纤的激光器，从而产生每脉冲可以持续例如小于1纳秒(1ns)的红外辐射的脉冲，其中，脉冲重复率根据需要而高达数兆赫兹。红外辐射的波长可以是例如大约1微米(1μm)。可选地，激光脉冲作为第一泵浦辐射340被传递到气体传递系统332，在气体传递系统332中，在气体中，辐射的一部分被转换成比第一辐射高的频率而成为发射辐射342。气体供应件334将合适的气体供应到气体传递系统332，在该气体传递系统中，该合适气体可选地由电源336离子化。气体传递系统332可以是切割管。

由气体传递系统332提供的气体限定气体目标，气体目标可以是气流或静态体积。例如，气体可以是稀有气体，诸如氖气(Ne)、氦气(He)或氩气(Ar)。氮气(N₂)、氧气(O₂)、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)都可以被考虑。这些气体可以是同一设备内的可选择的选项。发射辐射可以包含多种波长。如果发射辐射是单色的，则可以简化测量计算(例如，重新构造)，但更容易产生具有多种波长的辐射。发射辐射的发射发散角可以是波长依赖性的。不同的波长将例如在对不同的材料的结构成像时提供不同的等级的对比度。例如，为了检测金属结构或硅结构，可以将不同的波长选择为用于对(碳基)抗蚀剂的特征成像的波长或用于检测这些不同材料的污染的波长。可以提供一个或更多个滤波装置344。例如，诸如铝(A1)或锆(Zr)薄膜的滤波器可以用于切断基谐IR辐射以免进一步传递到检查设备中。可以提供光栅(未示出)以从所产生的波长中选择一种或更多种特定的波长。可选地，照射源包括被配置为待抽空的空间，并且气体传递系统被配置为在该空间中提供气体目标。可选地，可以在真空环境内包含束路径中的一些或全部，应当记住，SXR和/或EUV辐射当在空气中行进时被吸收。辐射源310及照射光学器件312的各种部件可以是可调整的，以在同一设备内实施不同的量测“选配方案”。例如，可以使不同的波长和/或偏振是可选择的。

依赖于受检查的结构的材料，不同的波长可以提供到下部层中的期望程度的穿透。为了分辨最小的器件特征及最小的器件特征中的缺陷，短波长很可能是优选的。例如，可以选择在0.01nm至21nm的范围内、或可选地在1nm至10nm的范围内、或可选地在9nm至21nm的范围内的一种或更多种波长。

经滤波的束342可以从辐射源310进入检查室350，在该检查室中，包括感兴趣的结构的衬底W由衬底支撑件316保持，以用于在测量位置处进行检查。感兴趣的结构被标注为T。可选地，检查室350内的氛围可以由真空泵352维持为接近真空，使得SXR和/或EUV辐射可以在没有不当衰减的情况下穿过该氛围。照射系统312具有将辐射聚焦成经聚焦的束356的功能，并且可以包括例如二维曲面反射镜或一系列一维曲面反射镜，如上文所提及的已公开的美国专利申请案US2017/0184981A1(其内容的全文以引用的方式并入本文中)中描述的。执行聚焦以在投影到感兴趣的结构上时实现直径低于10μm的圆形或椭圆形光点S。衬底支撑件316包括例如X-Y平移台和旋转台，通过X-Y平移台和旋转台，可以使衬底W的任何部分在期望的定向上到达束的焦点。因此，辐射光点S形成于感兴趣的结构上。替代地或另外地，衬底支撑件316包括例如倾斜台，该倾斜台可以按某一角度使衬底W倾斜以控制感兴趣的结构T上的经聚焦的束的入射角。

可选地，照射系统312将参考辐射束提供到参考检测器314，该参考检测器可以被配置为测量经滤波的束342中的不同波长的光谱和/或强度。参考检测器314可以被配置为产生信号315，该信号被提供到处理器310，并且滤波器可以包括关于经滤波的束342的光谱和/或经滤波的束中的不同波长的强度的信息。

反射辐射360由检测器318捕获，并且光谱被提供到处理器320以用于计算目标结构T的特性。因此，照射系统312和检测系统318形成检查设备。该检查设备可以包括属于其内容的全文以引用的方式并入本文中的US2016282282A1中描述的种类的硬X射线、软X射线和/或EUV光谱反射计。

如果目标T具有某种周期性，则经聚焦的束356的辐射也可以部分地衍射。然后，衍射辐射397相对于入射角，然后相对于反射辐射360以明确限定的角度遵循另一条路径。在图6中，所绘制的衍射辐射397是以示意性方式绘制的，并且衍射辐射397可能遵循除了所绘制的路径之外的许多其他路径。检查设备302还可以包括检测衍射辐射397的至少一部分和/或对衍射辐射397的至少一部分进行成像的另外的检测系统398。在图6中，虽然绘制了单个另外的检测系统398，但是检查设备302的实施例也可以包括多于一个的另外的检测系统398，所述多于一个的另外的检测系统被布置于不同位置处以在多个衍射方向上检测衍射辐射397和/或对衍射辐射397进行成像。换句话说，照射于目标T上的经聚焦的辐射束的(较高)衍射阶由一个或更多个另外的检测系统398检测和/或成像。一个或更多个检测系统398产生信号399，该信号被提供到量测处理器320。信号399可以包括衍射光397的信息和/或可以包括从衍射光397获得的图像。

为了辅助光点S与期望的产品结构的对准及聚焦，检查设备302还可以提供在量测处理器320的控制下使用辅助辐射的辅助光学器件。量测处理器320也可以与位置控制器372通信，该位置控制器操作平移台、旋转台和/或倾斜台。处理器320经由传感器接收关于衬底的位置及定向的高度准确的反馈。传感器374可以包括例如干涉计，干涉计可以给出大约数皮米的准确度。在检查设备302的操作中，由检测系统318捕获的光谱数据382被传递到量测处理单元320。

如所提及的，检查设备的替代形式使用处于正入射或近正入射的硬X射线、软X射线和/或EUV辐射，例如以执行基于衍射的不对称性测量。两种类型的检查设备都可以被提供于混合量测系统中。待测量的性能参数可以包括重叠(OVL)、临界尺寸(CD)、当光刻设备印刷目标结构时光刻设备的焦距、相干衍射成像(CDI)以及依分辨率重叠(ARO)测量。硬X射线、软X射线和/或EUV辐射可以例如具有小于100nm的波长，例如使用在5nm至30nm的范围内，可选地在10nm至20nm的范围内的辐射。该辐射在特性上可以是窄带或宽带。该辐射可以在特定波长带中具有离散的峰值或可以具有更连续的特性。

类似于用于当今的生产设施中的光学散射仪，检查设备302可以用于测量在光刻单元内处理的抗蚀剂材料内的结构(显影后检查或ADI)，和/或用于在结构已经以较硬材料形成之后测量所述结构(蚀刻后检查或AEI)。例如，可以在衬底已经由显影设备、蚀刻设备、退火设备和/或其他设备处理之后使用检查设备302来检查衬底。

包括但不限于上文所提及的散射仪的量测工具MT，可以使用来自辐射源的辐射以执行测量。由量测工具MT使用的辐射可以是电磁辐射。辐射可以是光学辐射，例如电磁光谱的红外部分、可见光部分和/或紫外部分中的辐射。量测工具MT可以使用辐射以测量或检查衬底的特性及方面，例如半导体衬底上的光刻曝光图案。测量的类型及质量可以依赖于由量测工具MT使用的辐射的多个特性。例如，电磁测量的分辨率可以依赖于辐射的波长，其中，例如由于衍射限制，较小波长能够测量较小的特征。为了测量具有较小尺寸的特征，可以优选地使用具有较短波长的辐射，例如EUV、硬X射线(HXR)和/或软X射线(SXR)辐射，以执行测量。为了在特定波长或波长范围下执行测量，量测工具MT需要访问提供在所述/那些波长下的辐射的源。存在用于提供不同波长的辐射的不同类型的源。依赖于由源提供的波长，可以使用不同类型的辐射产生方法。对于极紫外(EUV)辐射(例如，1nm至100nm)，和/或软X射线(SXR)辐射(例如，0.1nm至10nm)，源可以使用高阶谐波产生(HHG)或逆康普顿散射(ICS)以获得在期望的(多种)波长下的辐射。

图7示出照射源310的实施例600的简化示意图，该照射源可以是用于高阶谐波产生(HHG)的照射源。关于图6所描述的量测工具中的照射源的特征中的一个或更多个也可以在适当时存在于照射源600中。照射源600包括腔室601并且被配置为接收具有由箭头指示的传播方向的泵浦辐射611。此处所示出的泵浦辐射611是来自泵浦辐射源330的泵浦辐射340的示例，如图6中所示。泵浦辐射611可以经由辐射输入端605引导到腔室601中，该辐射输入端可以是可选地由熔融硅石或可以相当的材料制成的检视区。泵浦辐射611可以具有高斯或中空(例如，环形)的横向横截面剖面并且可以入射(可选地聚焦)于腔室601内的气流615上，该气流具有由第二箭头指示的流动方向。气流615包括其中气体压力高于某个值的较小体积(称为气体体积或气体目标(例如，若干立方毫米))的特定气体(例如，稀有气体，可选地氦气、氩气、氙气或氖气、氮气、氧气或二氧化碳)。气流615可以是稳定流。也可以使用其他介质，诸如金属等离子体(例如，铝等离子体)。

照射源600的气体传递系统被配置为提供气流615。照射源600被配置为将泵浦辐射611提供于气流615中以驱动发射辐射613的产生。其中产生发射辐射613的至少一大部分的区被称为相互作用区。相互作用区可以从数十微米(用于紧密聚焦的泵浦辐射)变化至数毫米或厘米(用于适度聚焦的泵浦辐射)或甚至高达数米(用于极其松散聚焦的泵浦辐射)。气体传递系统被配置为提供气体目标以用于在气体目标的相互作用区处产生发射辐射，并且可选地，照射源被配置为接收泵浦辐射并且在相互作用区处提供泵浦辐射。可选地，气流615是由气体传递系统提供到抽空或几乎抽空的空间中。气体传递系统可以包括气体喷嘴609，如图6中所示，该气体喷嘴包括在该气体喷嘴609的出射平面中的开口617。气流615是从开口617提供的。在几乎所有现有技术中，气体喷嘴具有切断管几何结构形状，切断管几何结构形状是均匀的圆柱内部几何结构形状，并且出射平面中的开口的形状为圆形。细长开口也已经如专利申请案CN101515105B中所描述地被使用。

气体喷嘴609的尺寸可以想象地也可以用于范围在微米尺寸喷嘴至米尺寸喷嘴的按比例增加或按比例缩小的版本中。该广泛的范围的尺寸标定来自如下事实：可以按比例调整设定，使得气流处的泵浦辐射的强度最终处于可以对发射辐射有益的特定范围内，这需要针对可以是脉冲激光的不同泵浦辐射能量的不同尺寸标定，并且脉冲能量可以在数十微焦耳至数焦耳之间变化。可选地，气体喷嘴609具有较厚的壁以减少由可以由例如相机检测到的热膨胀效应引起的喷嘴变形。具有较厚的壁的气体喷嘴可以产生变化减少的稳定气体体积。可选地，照射源包括接近于气体喷嘴以维持腔室601的压力的气体捕获器。

由于泵浦辐射611与气流615的气体原子的相互作用，气流615将使泵浦辐射611的一部分转换成发射辐射613，该发射辐射可以是图6中所示的发射辐射342的示例。发射辐射613的中心轴线可以与入射泵浦辐射611的中心轴线是共线的。发射辐射613可以具有在X射线或EUV范围内的波长，其中，波长在0.01nm至100nm、可选地0.1nm至100nm、可选地1nm至100nm、可选地1nm至50nm、或可选地10nm至20nm的范围内。

在操作中，发射辐射613束可以穿过辐射输出端607，并且可以随后通过照射系统603被操纵并且被引导到待检测以用于量测测量的衬底，照射系统603可以是图6中的照射系统312的示例。发射辐射613可以被引导(可选地聚焦)到衬底上的结构。

因为空气(以及事实上任何气体)很大程度上吸收SXR或EUV辐射，所以气流615与待检测晶片之间的体积可以被抽空或被几乎抽空。由于发射辐射613的中心轴线可以与入射泵浦辐射611的中心轴线是共线的，所以泵浦辐射611可能需要被阻挡以防止其穿过辐射输出端607并且进入照射系统603。这可以通过将图6中所示的滤波装置344合并到辐射输出端607中而进行，该辐射输出端被放置于所发射的束的路径中并且对于泵浦辐射不透明或几乎不透明(例如，对红外或可见光不透明或几乎不透明)但对发射辐射束至少部分地透明。可以使用在多个层中组合的锆或多种材料来制造滤波器。当泵浦辐射611具有中空(可选地环形)横向横截面剖面时，滤波器可以是中空(可选地环形)块体。可选地，滤波器不垂直且不平行于发射辐射束的传播方向，以具有高效的泵浦辐射滤波。可选地，滤波装置344包括中空块体及诸如铝(A1)或锆(Zr)膜滤波器的薄膜滤波器。可选地，滤波装置344也可以包括有效地反射发射辐射但不良地反射泵浦辐射的反射镜，或包括有效地透射发射辐射但不良地透射泵浦辐射的金属丝网。

本文中描述了用于获得可选地在泵浦辐射的高阶谐波频率下的发射辐射的方法、设备和组件。经由过程(可选地使用非线性效应以产生可选地在所提供泵浦辐射的谐波频率下的辐射的HHG)产生的辐射可以作为辐射提供于量测工具MT中以用于衬底的检查和/或测量。如果泵浦辐射包括短脉冲(即，数个周期)，则所产生辐射未必确切地处于泵浦辐射频率的谐波下。衬底可以是经光刻图案化的衬底。经由过程获得的辐射也可以被提供于光刻设备LA和/或光刻单元LC中。泵浦辐射可以是脉冲式辐射，所述脉冲式辐射可以在短时间脉冲内提供高峰值强度。

泵浦辐射611可以包括具有高于发射辐射的一个或更多个波长的一个或更多个波长的辐射。泵浦辐射可以包括红外辐射。泵浦辐射可以包括具有在500nm至1500nm的范围内的(多种)波长的辐射。泵浦辐射可以包括具有在800nm至1300nm的范围内的(多种)波长的辐射。泵浦辐射可以包括具有在900nm至1300nm的范围内的(多种)波长的辐射。泵浦辐射可以是脉冲式辐射。脉冲式泵浦辐射可以包括具有在飞秒范围内的持续时间的脉冲。

对于一些实施例，发射辐射(可选地高阶谐波辐射)可以包括具有(多种)泵浦辐射波长的一个或更多个谐波。发射辐射可以包括在电磁光谱的极紫外、软X射线和/或硬X射线部分中的波长。发射辐射613可以包括在以下范围中的一个或更多个范围中的波长：小于1nm、小于0.1nm、小于0.01nm、0.01nm至100nm、0.1nm至100nm、0.1nm至50nm、1nm至50nm、以及10nm至20nm。

诸如以上所描述的高阶谐波辐射的辐射可以作为源辐射提供于量测工具MT中。量测工具MT可以使用该源辐射以对由光刻设备曝光的衬底执行测量。所述测量可以用于确定衬底上的结构的一个或更多个参数。相比于使用较长波长(例如，可见光辐射、红外辐射)，使用在较短波长下(例如，在如上文所描述的波长范围内所包括的EUV、SXR和/或HXR波长下)的辐射可以允许通过量测工具分辨结构的较小特征。具有较短波长的辐射，诸如EUV、SXR和/或HXR辐射，也可以更深地穿透到诸如经图案化衬底的材料中，这意味着衬底上的较深层的测量是可能的。这些较深层可能不能被具有较长波长的辐射访问。

在量测工具MT中，源辐射可以从辐射源发射并且被引导到衬底上的目标结构(或其他结构)上。源辐射可以包括EUV、SXR和/或HXR辐射。目标结构可以反射、透射和/或衍射入射于目标结构上的源辐射。量测工具MT可以包括用于检测衍射辐射的一个或更多个传感器。例如，量测工具MT可以包括用于检测正互补衍射阶和负互补衍射阶(例如，+1衍射阶和-1衍射阶)的检测器，其中，相同阶数的+/-衍射阶是互补衍射阶。量测工具MT也可以测量镜面反射或透射的辐射(第0阶衍射辐射)。用于量测的另外的传感器可以存在于量测工具MT中，例如以测量另外的衍射阶(例如，较高衍射阶)。

照射源可以被提供于例如量测设备MT、检查设备、光刻设备LA和/或光刻单元LC中。

用于执行测量的发射辐射的特性可能影响所获得测量的质量。例如，辐射束的横向束轮廓(横截面)的形状及尺寸、辐射的强度、辐射的功率谱密度等可能影响通过辐射执行的测量。因此，具有提供具有引起高质量测量的特性的辐射的源是有益的。

由于诸如图6中所图示的SXR量测工具在YZ平面中的反射方面根本上不对称(例如，在反转X轴后不对称)的问题，本文中披露的概念将主要在SXR量测的内容背景中加以描述。然而，本文中的概念也适用于使用其他辐射(例如，电子束)、波长(例如，可见光、硬X射线和/或IR波长)和/或用于测量束的正入射角的量测工具。在此描述中，坐标XYZ被定义为工具坐标，其中，目标在XY平面中，并且照射在YZ平面中(如图6中所图示的)。目标坐标系为xyz，其中，x轴及y轴与(假设的)矩形单位单元的侧面对准，所述侧面可以是目标衬垫的边缘或目标周期性的方向，并且z轴垂直于可以是衬底平面的目标平面。目标旋转角(或目标方位)被定义为xyz与XYZ坐标系之间的z旋转角。例如，目标定向0度意味着xy＝XY，并且目标定向90度意味着xy＝+Y-X。光瞳坐标可以依据xy或依据XY。术语目标定向及目标方位/目标方位角在本发明中被同义地使用)。

量测工具可以包括基于光瞳的检测器(即，量测工具的光瞳平面或傅里叶平面处的检测器或相机)。这使得能够选择某些衍射阶，如下文将描述的。然而，本文中描述的概念也适用于基于图像的检测器(在量测工具的图像平面处进行检测)。对于此类工具，工具的光瞳平面处的可配置(例如，可编程)掩模可以被提供为使得能够选择所需的阶；然而，基本方法将保持不变。因此，应当理解，以下实施例纯粹是示例性的，并且没有意图对波长范围或区、检测位置/方法和/或入射角进行限制，也不应该对波长范围或区、检测位置/方法和/或入射角进行推断。

在SXR量测中，可以利用宽带SXR束(例如，具有10nm至20nm的波长范围)照射目标，其中，在图像传感器上捕获衍射/散射光。目标具有周期性图案，该周期性图案可以包括例如1D周期性图案(例如，平行线)或2D周期性图案(例如，矩形单位单元)。包括2D周期性图案的目标是二维目标。二维周期性是在衬底平面上的两个正交方向上，可选地在两个方向上的周期性大于或可以相当于照射波长的一半，使得可以通过照射区分在两个方向上的周期性。

衍射图案经处理并且可以转换成感兴趣的参数，诸如例如重叠、焦距、CD、3D边缘放置误差(EPE)以及例如侧壁角(SWA)的轮廓参数。

衍射图案中的强度轮廓不仅受到目标的特性影响，而且受到量测工具的特性影响。具体地，在本文中被称为“工具不对称性”的问题可能对测量有不期望的影响。工具不对称性可以描述引起在+X方向上的衍射图案相比于在-X方向上的衍射图案之间的差异的工具特性。例如，通过照射束(用于测量目标的束)的偏振并非纯s偏振或p偏振或通过相对于Y轴并不镜面对称的束轮廓，可能造成工具不对称性。

例如在使用诸如图6中所图示的SXR量测工具时适用的一种用于解决该问题的已知方式是对每个单一目标执行两个测量：第一获取，其中，目标处于第一目标定向或标称目标定向；以及第二获取，其中，目标处于第二目标定向或旋转的目标定向，所述旋转沿着它相对于标称配置的法线成180度。这产生第一衍射强度图案I₀(X，Y)和第二衍射强度图案I₁₈₀(X，Y)，其中，X、Y是传感器(工具)坐标。然后，工具不对称性校正(TAC)的图像I_TAC(X，Y)可以被构造为：

I_TAC(X，Y)＝I₀(X，Y)+I₁₈₀(-X，Y) (等式1)

这要求X＝0被恰当地定义，这通常是可能的。

然后，不对称性量A(X)可以被定义为：

A(X)＝∫[I_TAC(X)-I_TAC(-X)]dY (等式2)

它仅包括来自目标的不对称性贡献，并且因此不包括来自工具的不对称性贡献。量I_TAC并非总是作为中间步骤而被明确地计算，但最终结果在数学上是相同的。

该方法(其中，在旋转角0度和180度下测量目标)用于基于1D周期性目标的测量确定在单一方向上的重叠(或其他参数)(即，等式1和等式2可以用于确定在x中的重叠)。然而，当测量2D周期性目标时，该方法会失败。虽然沿着传感器Y轴的不完美的反射对称性是由于较小的工具缺陷造成的，但是工具相对于传感器X轴在反射上是根本上不对称的。

对于包括相对于(目标)y轴具有反射对称性的单位单元的2D周期性目标，可以使用等式1。然而，如果目标单位单元不具有反射对称性，例如由于在x和y两者中的非零重叠或因为目标在设计上并不对称，则这将不起作用。例如，对于具有正方形单位单元的目标，在x中的重叠等于在y中的重叠的情境将导致主要在(1，1)衍射阶与(-1，-1)衍射阶之间的额外不平衡，并且在(1，-1)阶与(-1，1)阶之间没有不平衡。等式1的对称化操作并未解决在Y中的工具不对称性。

图8(a)图示了关于由等式1体现的本方法的该问题。在第一定向下获得第一衍射图像I₀(X，Y)，包括零阶0以及6个衍射阶(-1，1)、(-1，0)、(-1，-1)、(1，1)、(1，0)、(1，-1)(其他较高阶也可以由工具捕获，但在此处未示出)。第二衍射图像1₁₈₀(-X，Y)包括在第二定向(标称+180度)下捕获并且根据(-X,Y)而变换的衍射图像的表示。还示出经组合的图像或工具不对称性校正的图像I_TAC(X，Y)(出于清楚起见，已经添加两个衍射图案之间在Y中的微小偏移)。由黑色实线表示的衍射阶为对应于在xz及yz平面中具有反射对称性的目标及假想的理想对称工具的衍射阶。由灰色实线表示的衍射阶指示仅受到工具不对称性影响的衍射阶，并且由黑色点线表示的衍射阶指示仅受到目标不对称性影响的衍射阶。

深灰色阶(第一图像中的阶(1，1)和第二图像中的阶(-1，-1))图示出在工具不对称性校正的图像I_TAC(X，Y)中校正了工具不对称性；即，第一图像I₀(X，Y)及其变换I₁₈₀(-X,Y)相对于工具围绕Y轴是对称的。针对两个图像中的阶(1，-1)的点线图示出该校正策略对于2D标记的目标特征并不起作用，这是因为对于这两个图像对于在X或Y中的这些阶不存在对称性。

直观地，可以根据下式设想替代性对称化操作：

I_TAC′(X，Y)＝I₀(X，Y)+I₁₈₀(-X，-Y) (等式3)

这将产生相对于原点具有点对称性的图像。然而，它并不能保证在不存在目标不对称性的情况下沿着X＝0或Y＝0具有反射对称性的结果，因此这将不起作用。图8(b)是图8(a)的图的等效图，图8(b)图示了该对称化操作。可以看到，虽然工具具有点对称性，但是目标特征被加扰。

另一个提议可以包括：以90度的步长来测量目标。然后，该提议使用等式1从0度和180度的图像的组合确定X重叠，并且使用等式1的轻微的变型从90度和270度的图像的组合确定Y重叠。这将需要经偏置的目标。该提议的主要缺点是：根本上不可能将重叠与诸如侧壁不对称性的其他目标不对称性分离。另外，在设计上缺乏反射对称性的单位单元将不起作用。

为了解决上文提出的问题，提议成对的互补衍射阶(m_x，m_y)、(-mx，-m_y)(诸如(1，2)对(-1，-2)，)的TAC数据是通过使目标旋转使得一个这种成对的互补衍射阶产生相对于传感器Y轴具有反射对称性的衍射图案来获得的。

具体地，对于具有单位单元尺寸L_x×L_y的目标，如果使目标旋转目标角或角度α，则衍射阶对(m_x，m_y)、(-m_x，-m_y)将在图像传感器上是对称的：

α＝atan2(m_yL_x，m_xL_y) (等式4)

其中，(m_x，m_y)表示衍射阶；衍射阶的编号可以相对于目标(x轴、y轴)是固定的。

图9是描述根据本实施例的方法的流程图。在步骤900处，选择(m_x，m_y)阶对，其中，m_x≥0；例如，阶对可以包括(0，1)、(1，0)、(1，1)、(1，-1)以及它们的互补阶。在步骤910处，基于单位单元尺寸L_x、L_y，根据等式4来评估角度α。例如，如果L_y/L_x＝2，则角度将分别为[90，0，26.56，-26.56]度。因而，一些角度是倾斜角(即，除了0度、90度、180度或270度以外的角度，目标旋转角被定义为分别在目标与传感器的xyz与XYZ坐标系之间的z旋转角)。步骤920包括：获得针对每个目标角度α值的两个衍射图案(例如，第一测量结果获取及第二测量结果获取)：在α度下的第一衍射图案I_α(X，Y)和在α+180角度下的第二衍射图案I_α+180deg(X，Y)。步骤930包括对称化以找到I_TAC，α(X，Y)；即，作为I_TAC，α(X，Y)＝I_α(X，Y)+I_α+180deg(-X,Y)。步骤940包括：对于每个α，识别衍射图案中的对应的阶对；例如对于α＝26.56度，该步骤可以包括识别阶(1，1)和(1，1)。最后，在步骤950处，将像素值映射到作为波长或其他合适的波长相关量(例如，波数、距光瞳坐标中的零阶的距离、逆光瞳空间或q_z值等)的函数的光谱，并且馈送所述像素值以进行进一步处理。

映射到光瞳坐标可以包括从表示为检测器图像I(X，Y)的信号到在光瞳空间中表示的同一信号的映射。参数κ表示光瞳空间中的向量(κ_x，κ_y)，即，射线的方向单位向量(κ_x，κ_y，κ_z)的x和y分量，其中，目标在xy平面中。光瞳空间中的表示可以是连续的，而不是在离散像素方面是连续的；这可以使用合适的内插方法来实现。

本文中披露的许多实施例包括将作为阶数m和波长λ的函数的衍射效率R_mλ(m，λ)(或诸如强度的相关量)映射到逆光瞳空间或倒格子空间作为R_mq(m，q_z)，其中，q_z具有逆长度的尺寸。

映射到逆光瞳空间可以包括将以下变换序列应用到测得的信号以将原始数据变换到逆光瞳空间：

·将检测器图像变换到光瞳空间，即，信号Y_κ(κ_x，κ_y)。这需要知晓检测器像素在3D空间中的位置。

·将光瞳空间变换成逆坐标q_x、q_y、q_z，以获得逆坐标测量数据。这将在下文更详细地描述。

·将傅里叶变换应用到逆空间中的信号。

在3D倒格子空间(其中，目标处于xy平面中并且沿着x是周期性的，周期为p_x并且在y上是周期性的，周期为p_y)或动量传送空间中，动量传送向量可以被定义为：

其中，m_x、m_y分别为在x和y中的衍射阶数。这可以更紧凑地书写为：

其中，是入射波向量，入射波向量在它的z分量的正负号方面不同于/>q的z分量与q_z一致。对于来自在x和y中是周期性的目标的衍射，q的笛卡尔分量具有以下特性：

或替代地：

其中，是零阶反射辐射的方向单位向量。

测得的强度或衍射效率光谱可以使用等式5至7中的任一个作为/>或等效地作为/>映射到动量传送空间。因此，再映射的/>的一部分现在可以经傅里叶变换为：

应当注意，该傅里叶变换中的因子2π也可以用-2π代替；在这种情况下，该ID的其余部分中的等式中的大多数其他因子2π也将需要用-2π代替，这对于本领域技术人员将是显而易见的。

图10图示了由图9的流程图描述的实施例的替代性实施例。因为对于四个(或多于四个)衍射阶对中的每一个，执行两次曝光是非常耗时的，所以本实施例提议仅针对两个衍射阶对执行两次曝光并且内插其余部分。如果L_y/L_x的比率较大(例如，＞3或>10)，则这可能是特别适用的。如果该比率较小，例如<0.33或<0.10，则这也可能是有用的，在这种情况下，可以调换x和y标签。

在步骤1000处，选择(m_x，m_y)阶对，其中，m_x≥0；例如，阶对可以包括：(1，0)、(1，1)、(1，-1)、(1，2)、(1，-2)、(1，3)、(1，-3)。在步骤1010处，评估针对这些对中的仅两对(例如，阶对(1，3)和(1，-3))的角度α_a、α_b。对于单位单元纵横比L_y/L_x＝5，这将产生α_a＝30.96和α_b＝-30.96度。在步骤1020处，获得针对α和α+180度(针对α_a、α_b中的每一个，即，总共四个)的衍射图案。在步骤1030处，在每个衍射图案中，识别衍射阶并且将像素值映射到或变换成波长光谱，从而产生光谱S(α，m_x，m_y，λ)和S′(α，m_x，m_y，λ)，其中，后者是针对a+180度目标定向并且针对α＝α_a或α＝α_b测量光谱。光谱S和S’可以表示衍射强度或衍射效率。可以通过将所述值除以照射源的强度光谱而将衍射强度光谱转换成衍射效率光谱，照射源的强度光谱可以使用检测器318来估计或获得。在步骤1040处，通过内插(例如，线性内插)将光谱估计为α的连续函数，并且利用对应于其他所择的阶(例如，(1，0)、(1，±1)、(1，±2))的α值对所述光谱进行评估。最后，在步骤1050处，将TAC光谱评估为：

S_TAC，α(m_x，m_y,λ)＝S(α，m_x，m_y，λ)+S′(α，m_x，m_y,λ) (等式10)其中，α值被视为对应于|m_x|、m_y值。

以上过程是基于在两个α值下的测量。以上过程也可以一般化为三个或更多个值。

如果关系通过S(α)＝A+αB被良好地近似，则线性内插是合适的。可能真实的关系变得更接近于幂律，例如S＝A+α³B或一般地S＝A+f(α，m_x，m_y,λ)B，其中，f是已知的函数并且仅A和B是目标依赖性的。相应地修改步骤1040是简单的。

在实施例中，步骤1040可以被如下步骤替换：将光谱S和S’从波长λ表示变换成qz表示(或如已经描述的动量传送空间)以获得光谱R(α，m_x，m_y，q_z)和R′(α，m_x，m_y，q_z)。然后，经修改的步骤1050可以使用如步骤1040中描述的内插以针对任意的α值产生函数R并且根据下式产生TAC光谱：

R_TAC,α(m_x，m_y，q_z)＝R(α，m_x，m_y，q_z)+R′(α，m_x，m_y，q_z) (等式11)

可选地，在这些步骤之后可以是变换回到S_TAC，α(m_x，m_y，λ)。

本实施例所隐含的基本原理为，与S(λ)相比，R(q_z)随着阶数的变化较小，这使得内插更有吸引力。

图11图示了依据对于本实施例的衍射附图的步骤1030和1040。图11(a)示出针对m_x、m_y、m_z空间中的四个定向α_a、α_a+π、α_b、α_b+π(使用弧度作为角度单位)的衍射图案(其中，在该示例中，α_b＝-α_a)。可以看到，在用于工具及用于目标特征的衍射图案中存在点对称性。图11(b)示出在角度α和0(其中，α是α_a的量值)下的经内插的衍射图案。再次，浅灰色图示了目标不对称性，并且深灰色指示工具不对称性。

再次，灰色(灰色圆点和灰色线)描述了受到工具相关不对称性影响的衍射阶并且可以被解释为检测器上的具有不同响应的像素。黑色点线表示受到目标不对称性影响的衍射阶。图11(a)中的灰色点线(顶部的两个图示)指示在该区域处存在工具相关不对称性，但不存在用于该目标旋转的衍射光。在图11(b)中，内插使得工具不对称性贡献与非不对称贡献混合；在此处由灰色/黑色虚线及开放式灰色圆圈表示。

如上文所提及的，衍射图案中的强度轮廓受到目标的特性影响并且受到量测工具的特性影响。迄今为止，尚未明确地描述来自测得的衍射图案的像素可以如何映射到对应的阶。如果目标和测量工具两者的所有特性都是已知的，则可以直接计算该映射。然而，在大多数情形下，仅节距是已知的，而几乎不存在关于叠层组成及单位单元的信息。此外，可以考虑源光谱的波动以及样本平台与检测器的对准不良。因此，提议添加以下预处理步骤(例如，添加到上文所描述的方法的步骤1030)以获得像素到阶的更好的映射：

·基于使用者定义的或自动获得(例如，通过Otsu的方法)的阈值而对图像进行二进制化。

·将图像分段以获得可以应用到原始图像的每阶掩模(例如，信号区)以获得较准确的像素到阶的映射。图像分段是通过轮廓搜寻发现的，诸如例如Satoshi Suzuki等人的“Topological structural analysis of digitized binary images by borderfollowing(通过边界跟随进行数字化二进制图像的拓扑结构分析)”(Computer Vision，Graphics，and Image Processing，30(1)：32-46，1985年)中描述的；该文献以引用方式并入本文中。

·通过依次应用形态闭合变换和形态开放变换来优化所获得的轮廓。前者移除小轮廓并且后者填充剩余轮廓中的孔。

这些步骤可以由较小数目的超参数来控制，所述超参数可以容易地适应于不同的实验条件。然后，可以将所获得的掩模应用于原始图像以提取步骤1040所必需的指定衍射阶。在需要时，可以通过比较所获得的掩模与所计算的位置并且相应地移位或旋转图像来校正样本与检测器的对准不良。如果使用简单的交叉相关方法，则校正限于围绕束轴线的x、y移位及旋转。

现在将描述另一个实施例，其中，特定应用于使用测量照射的量测(例如，SXR量测)，该测量照射可以经由高阶谐波产生(HHG)技术产生。在SXR量测中，目标可以由SXR光谱(例如，包括在10nm至20nm的波长范围内的波长)照射。可以由图像传感器捕获衍射图案。处理衍射图案会产生诸如重叠或临界尺寸的感兴趣的参数的估计值。如已经提及的，目标通常可以是1D周期性或2D周期性的。对于1D周期性目标，可以选择对称的圆锥形测量配置。通常，图像传感器上的不同的像素接收不同的波长(λ)和衍射阶(m)并且从像素位置映射到(多个)阶及(多个)波长是简单的。

可选地，捕获两个衍射图案，其中，在第一获取与第二获取之间使样本旋转180度(平面内)。对于两个获取，入射平面可以平行于以对称圆锥形配置测量的目标的线。

在一个示例中，光谱具有梳状光谱，可选地，光谱是可以经由HHG产生的SXR光谱，如图12中图示的。图12是光谱功率SP相对于波数(或波长)的曲线图。峰值中的每一个均处于泵浦/驱动辐射波数的奇数倍处(在高阶谐波产生之前)。依赖于SXR源的设计，也可以存在偶数倍；在以下描述中，仅假设存在奇数倍。使方法适应于存在偶数倍与奇数倍两者的情况将是简单的。峰值之间的光谱功率接近于零。这样的结果是：无法测量对应的波长分量的反射率。与利用无缺失值的连续光谱进行测量相比，照射光谱中的缺失的波长值减小了从测量获得的信息量。具体地，这可能导致自相关/傅里叶分析中的假象。即使峰值之间的光谱强度不为零，而是仅仅处于比峰值低得多的值，结果也将是那些波长的低信号/噪声比。

因此，期望在(m，q_z)表示中产生连续的或至少比在常规HHG产生的情况下更连续的光谱。此处，m是衍射阶数。映射(m，λ)→(m，q_z)(上文所描述的)受到方位角(目标定向或平面内目标旋转)、入射角、目标的节距及目标(或目标中的所选择的层)的折射率n影响。角度/>＝±90度被定义为对称的锥形衍射；O度和180度是平面衍射。/>

图13是光谱功率SP相对于q_z值的曲线图，所述曲线图图示了针对三个方位角的离散波长光谱到q_z值的映射。在该特定示例中，三个不同的方位角为：90度、83度和97度。90度光谱对应于映射到q_z空间的图12的光谱。另外两个光谱示出：通过使方位角变化，这些峰值的位置在q_z空间中移动。对于/>度和/>度，q_z空间中的峰值的位置基本上相同；即，在任一方向上移位7度会引起峰值位置的基本上相同的移位。方位角移位的量值(在该特定示例中，7度)经选择使得光谱峰值位于针对/>度测量的光谱的光谱峰值之间，例如/> 度光谱中的每个峰值距/>度光谱中的相应的相邻峰值对中的每个峰值的距离大致相等。实现这种情况的移位的量值将依赖于多个参数，包括/>的移位、目标节距、入射角和目标的折射率。

因而，提议对至少一对测量结果获取执行测量，在第一方位角(例如，常规方位角，诸如度)下的第一获取及在第二方位角下的第二获取经选择/优化使得第二获取的所捕获的光谱的光谱峰值位于第一获取的所捕获的光谱的光谱峰值之间(例如，第二获取的所捕获的光谱的光谱峰值距第一获取的所捕获的光谱的光谱峰值的距离大致相等)。然后，可以组合这些测量，从而产生无缺失分量的更连续的光谱(即，经组合的光谱包括在q_z空间中的对应于在整个波数范围上的驱动辐射波数的所有整数倍(偶数倍及奇数倍)的位置处的分量)。参考所图示的特定示例，组合对应于(m，q_z)空间中的/>度及度(或83度)的测量将产生无缺失分量的光谱。

对于1D周期性目标，角度α可以被选择为使得针对方位角和的q_z表示中的光谱峰值是交错的(现在以弧度计的角度)。两个光谱的这些光谱峰值可以大致是等距间隔开的。角度α是上文所描述的方位角移位，例如在所图示的特定示例中为7度或0.12弧度。

分别针对这两个方位角获得两个反射光谱R^(a)(m，q_z)和R^(b)(m，q_z)。这两个光谱可以在对应于具有较低或零光谱功率的波长的q_z值下具有噪声或缺失数据。这两个光谱可以组合成不具有缺失数据和/或噪声较少的单一光谱R^(c)(m，q_z)。

存在可以组合两个光谱的多种方式，例如，可以获取简单的平均值。一般而言，可以定义函数f(R_a，R_b)以组合两个光谱。作为另一个示例，可以将标准误差σ_a，b(q_z)指派给每个分量并且取得加权平均值，例如：

存在许多可能的变化；例如，可以对衍射强度(I(m，q_z))而非衍射效率执行分析，和/或加权因子可以不同于1/σ²。

然后，经组合的信号R(q_z)可以用作进一步处理的输入，例如以确定感兴趣的参数。该信号也可以变换回波长表示，以供与预期该输入的算法一起使用。单独信号R^(a)和R^(b)可以被馈送到机器学习算法中，而不将它们组合成经组合的信号。

可以使用试错法优化来选择角度α，例如通过使方位角变化并且观测q_z空间中的测量光谱中的所得到的峰值位置，选择对应于相对于对应于的光谱处于期望的交错位置中的光谱峰值的方位角。如已经描述的，可以将已知的波长(来自SXR照射光谱)映射到q_z值。

下表列出了针对多个不同节距的关于角度α的多个特定示例值。所有值都假设光谱在15nm波长附近具有1030nm的奇次谐波，入射角为30度，并且目标折射率为n＝0.95。应当注意，在节距≥80nm处，q_z表示中的峰值移位变得与α成非线性关系。

节距(nm)	α(度)
		20	3.5
30	5
		40	7
60	11
		80	12

该测量光谱配置实施例可以与本文中描述的工具不对称性校正概念组合。作为第一示例，将描述针对1D周期性目标的基本工具不对称性校正。这解决了将由该光谱配置实施例引入的较大工具不对称性，而不是由于较小的对准误差或偏振效应引起的较小的工具不对称性。

在本实施例中，针对三个目标定向：方位角和执行三个测量结果获取。参考等式12，组合的光谱可以被评估为：

这可能是相反的方式，例如R^(b′)可以用于正m，即

替代地，可以以不舍弃测得的数据的方式组合所述测量。

在另一个实施例中，(同样针对1D周期性目标)，可以执行完整的工具不对称性校正。然而，这确实需要6个测量结果获取，这超出了预期。该方法包括：在目标定向下执行6个测量结果获取。针对这些目标定向中的每一个的示例性的所捕获的衍射图案在图14中图示。

然后，可以根据下式构造工具不对称性校正的光谱：

/>

然后，可以将这些光谱组合(例如)为：

将预期的是，该方法将校正工具不对称性的所有来源。然而，如果情况并非如此，则另一个实施例可以包括修改1D周期性目标以变成准2D目标。例如，具有第一节距的1D周期性光栅可以以较大节距(例如，大至少一个数量级)被切割，以形成具有用于x方向的第一节距及用于y方向的第二节距的2D周期性图案。然后，可以将图9或图10中描述的工具不对称性校正方案应用于该目标。然后，可以组合不同阶(m_x，m_y)的衍射效率，如已在已经描述的测量光谱配置实施例中所描述的(例如，加权平均值)。

在这种目标中，将预期看到比仅仅是旋转角对于在q_z表示中交错光谱峰值而言最优的衍射阶更多的y衍射阶。可以对TA校正的衍射效率R_mq(m_x，m_y，q_z)执行傅里叶分析，从而产生x、y和z中的自相关数据集。可以例如通过在y上对自相关信号进行积分而舍弃y依赖性。

现在将在例如基于衍射的重叠(DBO)量测的重叠的内容背景中描述另一个实施例。在DBO测量中，可以测量两个不同偏置的目标以估计重叠OV。更具体地，可以根据下式根据两个不对称性测量A₊和A_-(分别与具有偏置+b和-b的目标相关，即，具有相同量值及不同方向的偏置)估计重叠：

存在对该一般概念的许多改善。一种此类方法可以包括：从单一目标获得相位差参数或类重叠参数X₀(例如，以纳米表示)，或根据下式组合来自两个经偏置的目标的测量：

综合而言，该方法可以包括例如使用上文所描述的方法将衍射效率R_mλ(m，λ)映射到倒格子空间作为R_mq(m，q_z)。然后，该表示可以经傅里叶变换成复合值表示R_mZ(m，z)，其中，Z值对应于目标结构中的层厚度。然后，类重叠参数X₀(Z)通过下式与R_mZ(m，Z)和R_mZ(-m,Z)之间的相位差相关：

其中，p是目标的节距。这可以被一般化到2D周期性目标及多个衍射阶对(m_x，m_y)，从而产生X₀和Y₀。对于2D周期性目标，可以使用本文中描述的工具不对称性校正技术以获得R_mq(m_x，m_y，λ)。应当注意的是，虽然在较早的描述中，XYZ被定义为工具坐标，但是此处XYZ是目标内坐标。

对于这种重叠测量方法，通过使用经偏置的目标获得更好的准确度。在2D重叠示例中，可以存在具有例如偏置(x，y)的四个经偏置的目标：(b_x，0)、(-b_x，0)、(0，b_y)、(0，-b_y)，其中，b_x是x方向偏置并且b_y是y方向偏置。可选地，x方向偏置b_x和y方向偏置b_y是不同的。通过结合等式15使用此类经偏置的目标，特别是针对y方向重叠，准确度得以改善。

然而，一组四个经偏置的目标占据相当大的管芯上面积并且需要四个测量结果获取，从而导致与测量单个未偏置的目标相比产出量低四倍。

对来自等式15的X₀、Y₀值中的误差的较大贡献是系统性误差的结果。例如，一个这种误差源可以由对目标层折射率的不良估计或假设而产生。目标层的作为波长的函数的折射率可能与在计算R_mq(m，q_z)时所假设的折射率不同。另外，在整个q_z空间中的有限域的傅里叶变换产生系统性误差。

因为这些误差是系统性的，所以提议仅在初始校准中使用经偏置的目标。该校准将仅需要较小数目个经偏置的目标，并且对于每个晶片执行校准可以不是必需的。可以经由校准获得校准数据(例如，一个或更多个校准关系，或称为一个或更多个经校准的关系)。

在本实施例中，大部分重叠目标可以是单个(即，单个衬垫)未偏置的目标(或更一般而言，全部重叠目标包括单个偏置，较佳为零)，使得每个位置仅需要一个这种目标而非四个这种目标。这些未偏置的目标可以例如被放置于管芯内。可以将经偏置的校准目标(例如，具有多个偏置)放置于划线中。管芯是上方制造有给定功能电路的较小半导电材料块体。通常，经由诸如光学光刻的过程在单个衬底上以大批量生产集成电路。将晶片切割(切块)成许多片件，每个片件都包含该电路的一个复本。这些片件中的每一个被称为管芯。管芯内意味着量测目标位于管芯内部。划线是分离衬底上的管芯的区域。该区域被需要以能够将衬底切块(锯切)成单独的管芯。

作为测量出于量测目的而特定设计及曝光的目标的替代方案，只要产品足够正则化(例如存储器结构)，就可以直接在产品上执行量测(产品上量测)。这样，为了重叠量测，不牺牲占据面积。此外，由于与目标的边缘相关的光刻假象，如在目标上所测量的重叠可能不同于管芯上的功能产品结构(例如，存储器单元)的期望的重叠；通过直接对结构进行测量，会避免该问题。在本发明的内容背景中，术语目标可以描述出于量测目的而特定设计及曝光的目标，或当在它上面执行量测时包括功能产品结构的任何其他结构。

校准可以包括测量多个经偏置的目标(针对1D周期性目标的两个或更多个目标，针对2D周期性目标的四个或更多个目标)，并且根据所得到的测量值确定重叠与类重叠参数X₀之间(以及针对2D的重叠与类重叠参数Y₀之间)的关系(校准关系)。可选地，所述偏置是不同的。一旦校准该校准关系(例如，每方向)，该校准关系就可以用于生产阶段中以将例如使用等式15根据未偏置(例如，管芯内)的目标上的量测确定的类重叠参数X₀(或Y₀)转换成重叠值。

在特定示例中，可以假设重叠与类重叠参数之间的关系是线性的(可替代地使用其他更复杂/更高阶的关系)。因而，该方法可以包括：确定关系OV_x＝(aX₀+c)中的系数a、c，并且类似地确定关系OV_y＝(dY₀+e)中的系数d、e，其中，OV_x是x方向重叠并且OV_y是y方向重叠。在每维度两个目标的情况下，可以估计a或c/d或e；在每维度三个目标的情况下，可以估计a和c/d和e两者。因而，在每方向三个目标的情况下将改善校准。然后，系数值a、c(和/或d、e)可以用于将例如从未偏置的目标获得的X₀(和/或Y₀)的值转换成重叠值。

知晓系数a、c(以及d、e)还使得能够更准确地估计作为波数的函数的折射率或至少在整个层叠层(例如，诸如上部图案化层与下部图案化层之间的(多个)层)上的平均折射率值。为此，可以注意到，等式7是折射率n＝1的近似值。更准确的表示为：

其中，根据斯涅尔定律，角度θ₁、θ₂也依赖于例如通过添加/>的恒定或线性函数使得如上文所描述的系数a、c、d、e分别得到值1、0、1、0，可以修改/>这可以通过试错法或使用优化算法来完成。这使得能够更准确地测量层厚度，或者如果厚度是已知的，则提供关于层的化学组成(诸如氧化量)的信息；在SXR中，折射率主要是构成化学元素的折射率的加权平均值。

如已经描述的，当使用本文中披露的方法测量2D目标时，可进行在不同目标定向(或方位角)下的多个获取以校正TAC。在此类方法中，可能需要在分析经测量数据之前执行一个或更多个预处理步骤，例如以移除噪声并且组合部分数据(组合多个测量值到HDR图像中)。依赖于用于预处理中的特定步骤，数据的多个部分(例如，在一个或更多个定向/波长/获取设定等下与一个或更多个目标或样本区相关的一个或更多个特定数据点)可以被分类为离群值(即，偏离其他数据观测的极值)。存在两种常见方法：

·对整个数据集(即，对对应于不同定向角的所有图框一起)执行离群值检测；或

·仅基于来自单一定向的图框执行离群值检测。

然而，这些两种方法都显示出不足的性能。这导致错误分类，从而可能严重地影响进一步分析。

离群值检测与2D光栅特别相关，这是因为这些2D光栅产生增加数目个衍射图案(与1D光栅相比)，从而导致检测器接收信号的面积更大。因此，并且尤其当使用SXR(软X射线)测量辐射时，观测到导致离群值的高能γ射线的机会很高。然而，这不仅是关于SXR的问题；针对其他波长也存在类似的离群值。

用于离群值检测的经测量数据的次优预处理可能导致数据点被错误分类为离群值或实际离群值未被如此分类；即，离群值检测遭受假阳性及假阴性两者。此类错误分类可能导致后续的分析步骤中的不正确并且可能无法解释的结果。对于重叠测量，这可能导致例如不良的重叠再生性能。

在一些实施例中，如已经描述的，2D目标测量可以在四个或更多个获取中执行，每个获取是在相异的目标定向或角度下进行的。这与较大的检测器覆盖范围(例如利用SXR辐射)的前述问题结合，导致观测到离群值的机会很高，如所提及的，当前的离群值检测方法无法良好地处置所述离群值。

因此，提议基于图案类似性和/或定向角将数据的部分配对在一起并且对配对数据执行离群值检测：可以用于对离群值进行分类的示例性方法可以尤其包括以下方法中的一个：四分位数范围(IQR)中值绝对偏差(MAD)、总体方差、定限或第k个百分等级。然而，本实施例不限于特定的离群值检测方法。

在实施例中，可以通过测量一个或更多个获取对中的相同的目标或样本位置来实现具有类似的衍射图案的数据的配对，其中，每个获取对包括在目标定向角相差180度(例如20°与200°或10°与190°)的量值的相应的定向下的两个获取。例如，可以从这种获取对获得在x和/或y中的镜射方面的类似的衍射图案。可能优选的是获得每方向的获取对，例如在以90度的量值等距间隔开的定向下的(至少)四个获取。然后，可以将这些获取配对成两个获取对，每个对在定向上像差180度，如已经描述的。

图15包括分别对应于在10°、100°、190°、280°的目标定向下的四个2D周期性衍射图案。在给出该信息的情况下，对应于每个图案(即，每个定向)的数据可以与类似的或镜像的图案配对(即，在这种情况下，第一获取对包括与定向10°及190°相关的数据，并且第二获取对包括与定向100°及280°相关的数据)。然后，与这些获取对配对的量测数据可以用作用于离群值移除的输入。

可以示出的是，与先前所描述的当前离群值移除方法中的两个方法相比，使用用于离群值检测的配对数据改善了离群值检测。

该离群值检测方法可以用于包括自任何2D目标或结构(不需要周期性)获得的样本位置(目标)之间的至少两个不同的定向的测量数据。不存在对测量波长的限定；本文中披露的概念适用于任何一个或更多个波长获取。

离群值检测方法可以形成用于预处理量测数据(测量结果获取)的预处理方法的一部分。该预处理方法可以包括以下额外步骤中的一个或更多个步骤：过度扫描校正、背景校正及感兴趣区选择。在此之后，可以如上文所描述地将数据配对并且应用合适的离群值检测方法；例如，IQR离群值检测方法或任何其他合适的方法。

在本文中披露的许多对称化方法中，所述方法包括在目标的倾斜方位角下执行至少一个测量结果获取，并且更具体地，通过选择目标的方位角使得该对阶对{(m_x，m_y)，(-m_x，-m_y)}相对于光瞳YZ平面是对称的，然后需要较大的合乎期望的数目个测量结果获取。虽然已经披露了经由内插技术减轻这种情况的实施例，但是这些内插技术也会引入误差。另外，所披露的内插方法利用相隔60度的至少6个获取更好地起作用。

为了解决该问题，将描述仅需要四个测量结果获取(相隔90度)并且不需要内插以获得四个衍射光谱(例如，衍射效率光谱或强度光谱)的另一种对称化方法。在各种情况下，在四个方位角90、180、270度下测量目标，其中，/>是光瞳κ_x轴与目标x轴(图16中所图示的轴线)之间的角度。获得四个衍射效率光谱/>针对这些角度中的每一个有一个衍射效率光谱。

应该明白的是，本实施例的光瞳κ坐标系相对于工具是固定的。这与以上描述映射到逆光瞳空间的部分形成对比，其中，光瞳κ坐标系附接到目标使得按照定义将为零。

图16示出针对以下四个所提议目标T方位角的在光瞳κ_x，κ_y空间中的四个衍射图案：图16(a)示出/>图16(b)示出/>图16(c)示出/>图16(d)示出衍射阶是由(m_x，m_y)阶数标记的，所述阶数始终是相对于目标x、y轴限定的。

可以通过将波长转换成如已经描述的q_z值来将这些光谱从波长空间变换成q_z空间；例如：

其中，是照射的入射角并且/>是与衍射辐射的法线所成的角度，所述角度是衍射阶及波长的函数。该变换的结果是四个衍射效率光谱/>/>

可以明白的是，虽然将依据q_z空间内的处理来描述这些实施例，但是这并非必需的，并且也可以在光瞳空间中执行所述方法；例如，依据衍射效率R_mκ(m_x，m_y，Δκ)，其中Δκ＝||κ(mx，m_y)-κ(0，0)||，其中，κ是特定衍射阶及波长的光瞳向量；或依据强度I(m_x，m_y，Δκ)的光瞳向量。

在该对称化实施例中，可以例如根据下式确定工具不对称性校正(TAC)的光谱作为四个测得的(以及经变换的)衍射效率光谱的平均值：

其中，上标90j参考相应的获取方位角

对于矩形单位单元，对称性分析指示具有与单位单元相同的对称性。例如，针对(x，y)→(x，-y)的单位单元不变性导致/>不变性(m_x，m_y)→(m_x，-m_y)。此外，具有沿着对角线的反射对称性的正方形单位单元具有不变性(x，y)→(y，x)，这导致/>不变性(m_x，m_y)→(m_y，m_x)。仅在方位角/>和/>下测量的已知方法将在该最后不变性上失效。

在该对称化方法的改善中，可以应用与每个获取的可靠性相关的加权因子例如：

在特定示例中，可以选择加权w以有利于接近光瞳κ_x轴的衍射阶并且不利于接近光瞳κ_y轴的衍射阶进行加权。例如，加权可以采取以下形式：

其中，ψ＝atan2(m_yp_x，m_xp_y)是衍射阶相对于目标x轴的角度，并且p_x、p_y是目标节距(单位单元尺寸)。应当注意，该加权依赖于“差角”的零点；依赖于差角的定义，加权可以是/>

可以使用其他加权函数来替代上文所描述的余弦平方表达式。例如，函数f(χ)是差角的函数并且它在与[cosχ]²(或依赖于零点定义[sinχ]²)相同的χ值下具有最小值及最大值，并且对于χ→-χ(mod 360)不变并且可以使用χ→χ+180(mod 360)。

针对χ∈[0,360]所定义的一个特定替代加权函数为：

其中，δ是某个正角，例如δ＝30度或δ＝12度。

可选地，当根据任何合适的加权函数(例如，诸如明确描述的那些加权函数)确定的加权低于阈值(例如低于0.25、低于0.2、低于0.15或低于0.1)时，可以强加零加权，即：w＝0。

所提议加权强加了有利于受到工具不对称性影响较小的贡献(就获取方位角值而言)的较重加权。此外，可以明白的是，工具内的光瞳覆盖范围不大可能包括以(0，0)衍射阶为中心的圆盘，并且因此，相同衍射阶(m_x，m_y)可以具有针对方位角/>的每个值所覆盖的不同Δκ范围。具体地，沿着光瞳κ_x轴的光瞳覆盖范围可以比沿着光瞳κ_y轴的光瞳覆盖范围大得多；与-κ_y相比，沿着+κ_y的覆盖范围也可以不同。通过针对在任何情况下都未捕获到的衍射阶将权重设定成零，可以避免对舍弃信息的需要。

例如，衍射阶(1，0)可以针对180度覆盖Δκ∈[0.2，0.4]，针对/>度覆盖Δκ∈[0.2，0.3]，并且针对/>度覆盖Δκ∈[0.2，0.25](这些值纯粹是示例性的)。在未加权对称化方法中，仅将获得用于Δκ＝[0.2，0.25]的数据，并且将必须舍弃用于Δκ＝[0.25，0.4]的数据，即使针对该阶，/>180度也将足以消除工具不对称性。通过使用所提议的加权方法，可以使用整个Δκ范围[0.2，0.4]。

可选地，步长尺寸及获取数目可以在相隔90度的4个获取例如至相隔60度的6个获取、或相隔45度的8个获取之间变化。

在后续编号方面中披露了另外的实施例：

1.一种使用量测工具测量衬底上的目标的方法，所述量测工具包括：照射源，所述照射源能够操作以发射用于照射所述目标的照射束；以及量测传感器，所述量测传感器用于收集已经由所述目标散射的散射辐射，所述衬底的表面限定在第一工具方向和正交于所述第一工具方向的第二工具方向上延伸的衬底平面，其中，所述第一工具方向、所述第二工具方向以及正交于所述第一工具方向和所述第二工具方向的第三工具方向一起限定工具坐标系，所述方法包括：

执行至少一对测量结果获取，所述至少一对测量结果获取包括：对相对于所述照射束位于第一目标定向的所述目标进行的第一测量结果获取；以及对相对于所述照射束位于第二目标定向的所述目标进行的第二测量结果获取，其中，所述第一目标定向是由目标坐标系与所述工具坐标系之间的围绕垂直于所述衬底平面的轴线的目标角限定的，其中，用于所述至少一对测量结果获取中的至少一个测量结果获取的所述目标角是倾斜角；以及

根据所述第一测量结果获取和所述第二测量结果获取，确定组合的测量结果获取。

2.根据方面1所述的方法，其中，所述目标包括在所述目标坐标系的第一目标方向上具有第一周期性并且在所述目标坐标系的第二目标方向上具有第二周期性的二维目标。

3.根据方面2所述的方法，其中，所述第一目标定向和所述第二目标定向使得所选择的成对的互补衍射阶产生衍射图案，所述衍射图案相对于所述量测传感器的沿着所述第二工具方向的轴线具有反射对称性。

4.根据方面3所述的方法，包括：

基于以下各项计算所述目标角：

所述目标的单位单元在所述第一目标方向和所述第二目标方向上的单元尺寸；以及

所选择的成对的互补衍射阶在所述第一目标方向和所述第二目标方向上的阶数。

5.根据方面4所述的方法，其中，所述单元尺寸在所述第一目标方向和所述第二目标方向上分别为(L_x，L_y)，所述成对的互补衍射阶的所述阶数为(m_x，m_y)、(-m_x，-m_y)并且所述目标角α是由下式限定的：

α＝atan2(m_yL_x，m_xL_y)。

6.根据前述任一方面所述的方法，其中，所述第二目标定向是由所述目标角加180度限定的。

7.根据前述任一方面所述的方法，包括：

选择所述成对的互补衍射阶中的至少两对互补衍射阶；

针对所述成对的互补衍射阶中的每一对互补衍射阶，执行所述一对测量结果获取；

将所述衍射阶中的每一个衍射阶的在所述成对的测量结果获取的每一个测量结果获取内测得的像素值映射到作为波长相关量的函数的相应的光谱；以及

根据所述一对测量结果获取中的每一个的组合，确定所述组合的测量结果获取。

8.根据方面6或7所述的方法，包括：从所述组合的测量结果获取确定感兴趣的参数。

9.根据方面8所述的方法，其中，所述感兴趣的参数包括重叠或侧壁角。

10.根据方面6至9中任一项所述的方法，其中，所述成对的互补衍射阶中的所述至少两对互补衍射阶包括所述成对的互补衍射阶中的至少四对互补衍射阶。

11.根据方面6至9中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：

通过内插将所述光谱中的每一个估计为所述目标角的连续函数；以及

利用对应于其他成对的互补衍射阶的其他角度评估所述光谱。

12.根据方面7至11中任一项所述的方法，其中，所述映射步骤包括将所述光谱中的每一个从波长表示变换成逆光瞳空间中的逆坐标表示或光瞳空间中的光瞳坐标表示的步骤。

13.根据方面7至12中任一项所述的方法，其中，所述映射步骤包括：

基于使用者定义的或自动获得的阈值，使所述第一测量结果获取和所述第二测量结果获取中的每一个都二进制化；以及

将二进制化的所述第一测量结果获取和第二测量结果获取中的每一个分段，以获得每阶掩模。

14.根据方面13所述的方法，还包括：

通过依次应用形态闭合变换和形态开放变换来优化从所述分段步骤获得的轮廓。

15.根据前述任一方面所述的方法，其中，所述照射束以非正入射角照射所述衬底。

16.根据前述任一方面所述的方法，其中，所述照射束在由所述第一工具方向和所述第三工具方向限定的平面中或由所述第二工具方向和所述第三工具方向限定的平面中照射所述衬底。

17.根据前述任一方面所述的方法，其中，所述量测工具包括可操作以捕获强度光谱的检测器。

18.根据方面1至16中任一项所述的方法，其中，所述量测工具包括基于图像的检测器，并且所述方法包括：在光瞳平面中使用掩模以选择所述衍射阶。

19.根据前述任一方面所述的方法，其中，所述测量结果获取是针对由于所述照射束和/或所述量测传感器引起的不对称性贡献而被校正的经校正测量结果获取。

20.一种用于利用量测工具的照射测量衬底平面上的目标的方法，包括：进行第一测量；使所述目标相对于正交于所述衬底平面的方向以非正交角度旋转；以及进行第二测量。

21.根据方面20所述的方法，其中，所述目标是在所述衬底平面上在两个正交方向上具有周期性的二维目标，可选地，在两个方向上的所述周期性大于或能够相当于照射波长的一半。

22.根据方面20或21所述的方法，其中，所述照射以倾斜入射照射晶片。

23.根据方面20至22中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：

组合所述第一测量及所述第二测量以校正由所述量测工具引入的不对称性。

24.根据前述任一方面所述的方法，其中，使用照射束来执行每个测量结果获取，并且所述第一测量结果获取产生第一测量信号，并且所述第二测量结果获取产生第二测量信号，并且

其中，所述第一定向及所述第二定向使得所述第二测量信号的第二光谱包括倒格子空间中的光谱位置处的峰值，所述峰值与所述倒格子空间中的所述第一测量信号的第一光谱的峰值交错。

25.根据方面24所述的方法，其中，所述根据所述第一测量结果获取和所述第二测量结果获取确定组合的测量结果获取包括：将至少所述第一测量结果获取和所述第二测量结果获取组合为加权平均值。

26.根据方面24或25所述的方法，其中，所述第二光谱中的每个峰值距所述第一光谱中的相应的一对相邻峰值中的每个峰值的距离是大致相等的。

27.根据方面24至26中任一项所述的方法，包括：基于所述第二光谱的试错法优化而确定所述第二目标定向。

28.根据方面24至27中任一项所述的方法，其中，所述至少一对测量结果获取和所述至少一对测量信号分别包括在第三目标定向下的至少第三测量结果获取及对应的第三测量信号，其中，所述第三目标定向与所述第二目标定向相差180度。

29.根据方面24至27中任一项所述的方法，其中，所述至少一对测量结果获取和所述至少一对测量信号分别包括在第三目标定向下的至少第三测量结果获取及对应的第三测量信号、在第四目标定向下的第四测量结果获取及对应的第四测量信号、在第五目标定向下的第五测量结果获取及对应的第五测量信号、以及在第六目标定向下的第六测量结果获取及对应的第六测量信号，其中，所述第三目标定向与所述第二目标定向相差180度，所述第四目标定向与所述第一目标定向相差180度，所述第五目标定向比所述第二目标定向与所述第一目标定向的差值小90度，并且所述第六目标定向与所述第五目标定向相差180度。

30.根据前述任一方面所述的方法，包括：对所述至少一对测量结果获取执行初始离群值移除步骤，所述初始离群值移除步骤包括：

基于图案类似性和/或目标定向将包括于所述至少一对测量结果获取中的数据的至少部分配对以获得至少一个获取对；以及

对所述至少一个获取对执行离群值移除操作。

31.根据方面30所述的方法，其中，所述至少一个获取对中的每个获取对包括具有相差180度的量值的目标定向的测量结果获取。

32.根据方面31所述的方法，包括：两个所述获取对，所述获取对包括具有以90度的量值等距间隔开的目标定向的测量结果获取。

33.根据方面30、31或32所述的方法，其中，所述离群值移除操作包括四分位数范围离群值分类方法、中值绝对偏差方法、总体方差方法、定限方法、或第k个百分等级方法。

34.一种使用照射束来测量衬底上的目标的方法，所述方法包括：

执行至少一对测量结果获取以获得至少一对测量信号，所述至少一对测量结果获取包括：对相对于所述照射束位于第一目标定向的所述目标进行的第一测量结果获取以获得所述至少一对测量信号的第一测量信号；以及对相对于所述照射束位于第二目标定向的所述目标进行的第二测量结果获取以获得所述至少一对测量信号的第二测量信号；以及

使用所述第一测量信号及所述第二测量信号以确定感兴趣的参数；

其中，所述第二目标定向使得所述第二测量信号的第二光谱包括倒格子空间中的光谱位置处的峰值，所述峰值与所述倒格子空间中的所述第一测量信号的第一光谱的峰值交错。

35.根据方面34所述的方法，包括：组合所述至少一对测量信号的所述测量信号以获得组合的测量信号。

36.根据方面35所述的方法，其中，将所述测量信号组合为加权平均值。

37.根据方面34至36中任一项所述的方法，其中，所述第二光谱中的每个峰值距所述第一光谱中的相应的一对相邻峰值中的每个峰值的距离是大致相等的。

38.根据方面34至37中任一项所述的方法，包括：基于所述第二光谱的试错法优化而确定所述第二目标定向。

39.根据方面34至38中任一项所述的方法，其中，所述至少一对测量结果获取和所述至少一对测量信号分别包括在第三目标定向下的至少第三测量结果获取及对应的第三测量信号，其中，所述第三目标定向与所述第二目标定向相差180度。

40.根据方面34至38中任一项所述的方法，其中，所述至少一对测量结果获取和所述至少一对测量信号分别包括在第三目标定向下的至少第三测量结果获取及对应的第三测量信号、在第四目标定向下的第四测量结果获取及对应的第四测量信号、在第五目标定向下的第五测量结果获取及对应的第五测量信号、以及在第六目标定向下的第六测量结果获取及对应的第六测量信号，其中，所述第三目标定向与所述第二目标定向相差180度，所述第四目标定向与所述第一目标定向相差180度，所述第五目标定向比所述第二目标定向与所述第一目标定向的差值小90度，并且所述第六目标定向与所述第五目标定向相差180度。

41.根据方面34至40中任一项所述的方法，包括：对所述至少一对测量结果获取执行初始离群值移除步骤，所述初始离群值移除步骤包括：

对所述至少一个获取对执行离群值移除操作。

42.根据方面41所述的方法，其中，所述至少一个获取对中的每个获取对包括具有相差180度的量值的目标定向的测量结果获取。

43.根据方面42所述的方法，包括：两个所述获取对，所述获取对包括具有以90度的量值等距间隔开的目标定向的测量结果获取。

44.根据方面41、42或43所述的方法，其中，所述离群值移除操作包括四分位数范围离群值分类方法、中值绝对偏差方法、总体方差方法、定限方法、或第k个百分等级方法。

45.一种根据目标测量重叠的方法，所述方法包括：

确定与相关于来自所述目标的散射辐射的第一衍射阶的第一测量信号与相关于所述散射辐射的第二衍射阶的第二测量信号之间的相位差相关的相位差参数，其中，所述第一衍射阶和所述第二衍射阶是互补衍射阶；

获得使所述相位差参数与重叠参数相关的一个或更多个经校准的关系；以及

使用所述一个或更多个经校准的关系以将所述相位差参数转换成重叠参数。

46.根据方面45所述的方法，其中，所述目标包括单个一维周期性结构或单个二维周期性结构。

47.根据方面45所述的方法，其中，所述目标包括二维周期性结构；所述一个或更多个经校准的关系包括所述二维周期性结构的每维度或尺寸的一个或更多个经校准的关系，并且所述方法包括：

确定针对所述维度中的每一个维度的所述相位差参数；

使用与所述维度中的第一维度相关的所述一个或更多个经校准的关系以将与所述第一维度相关的所述相位差参数转换成与所述第一维度相关的重叠参数；以及

使用与所述维度中的第二维度相关的所述一个或更多个经校准的关系以将与所述第二维度相关的所述相位差参数转换成与所述第二维度相关的重叠参数。

48.根据方面45至47中任一项所述的方法，其中，所述相位差参数是与所述第一测量信号的复合值表示与所述第二测量信号的复合值表示之间的相位差相关的。

49.根据方面48所述的方法，其中，测量信号的每个复合值表示是通过以下操作获得的：

将所捕获的测量信号映射到倒格子空间以获得经映射的测量信号；以及

傅里叶变换所述经映射的测量信号。

50.根据方面45至49中任一项所述的方法，其中，所述目标是管芯内目标。

51.根据方面45至50中任一项所述的方法，其中，所述目标包括功能性产品结构。

52.根据方面45至51中任一项所述的方法，包括：用于校准所述一个或更多个经校准的关系的校准步骤；所述校准步骤包括：

测量多个校准目标以获得校准数据，所述多个校准目标包括每测量方向至少两个校准目标；以及

通过使用所述校准数据确定所述相位差参数与所述重叠参数之间的关系来确定每测量方向的所述一个或更多个经校准的关系；

其中，每测量方向的所述校准目标中的所述至少两个校准目标中的每个具有不同的偏差。

53.根据方面52所述的方法，其中，每测量方向的所述校准目标中的所述至少两个校准目标中的每个具有偏差，所述偏差具有相同的量值及不同的方向。

54.根据方面53所述的方法，其中，所述多个校准目标位于衬底的划线中。

55.根据方面52至54中任一项所述的方法，其中，所述多个校准目标包括每测量方向至少三个校准目标。

56.根据方面45至55中任一项所述的方法，包括：使用所述一个或更多个经校准的关系以依据跨越层叠层的波长或平均折射率值而估计折射率。

57.根据方面45至56中任一项所述的方法，其中，所述第一衍射阶是+1衍射阶，并且所述第二衍射阶是-1衍射阶。

58.一种使用量测工具测量衬底上的目标的方法，所述量测工具包括：照射源，所述照射源能够操作以发射用于照射所述目标的照射束；以及量测传感器，所述量测传感器用于收集已经由所述目标散射的散射辐射，所述衬底的表面限定在第一工具方向和正交于所述第一工具方向的第二工具方向上延伸的衬底平面，其中，所述第一工具方向、所述第二工具方向以及正交于所述第一工具方向和所述第二工具方向的第三工具方向一起限定工具坐标系，其中，所述目标包括在目标坐标系的第一目标方向上具有第一周期性并且在所述目标坐标系的第二目标方向上具有第二周期性的二维目标，所述方法包括：

获得与至少四个测量结果获取相关的量测数据，每个测量结果获取是在相应的目标定向下执行的，所述目标定向是由所述目标坐标系与所述工具坐标系之间的围绕垂直于所述衬底平面的轴线的目标角限定的，所述量测数据包含用于每个测量结果获取的相应的衍射光谱；以及

根据所述至少四个测量结果获取，确定组合的测量结果获取作为所述衍射光谱的平均值或加权组合。

59.根据方面58所述的方法，其中，所述确定步骤包括将所述组合的测量结果获取确定为所述衍射光谱的加权组合。

60.根据方面59所述的方法，其中，所述加权强加有利于接近光瞳空间中的光瞳κ_x轴的衍射阶并且不利于接近光瞳空间中的光瞳κ_y轴的衍射阶的加权。

61.根据方面60所述的方法，其中，每个衍射光谱的镜面衍射阶在所述光瞳κ_y轴上居中，而在所述光瞳空间中的所述光瞳κ_x轴上不居中。

62.根据方面59至61中任一项所述的方法，其中，所述加权也强加有利于受到所述量测的工具不对称性较小影响的贡献的加权。

63.根据方面59至62中任一项所述的方法，其中，依据所述目标角及所述衍射阶确定所述加权。

64.根据方面63所述的方法，其中，所述加权是由加权函数确定的，所述加权函数是差角的函数，所述差角包括所述目标角与相对于目标x轴的衍射阶角的差。

65.根据方面64所述的方法，其中，所述加权函数被确定为依赖于所述差角的零点定义的所述差角的余弦或正弦的平方的函数或倍数。

66.根据方面64所述的方法，其中，所述加权函数是差角的函数，所述函数在与所述差角的余弦或正弦的平方相同的差角值下具有最小值及最大值，并且对于以360度为模的相同量值的正值差角及负值差角及针对以360度为模的所述差角及差角加180度是不变的。

67.根据方面64、65或66所述的方法，其中，当根据所述加权函数确定的所述加权低于阈值时强加零加权。

68.根据方面64所述的方法，其中，所述加权w(χ)是通过所述加权函数确定的：

其中，χ是所述差角，δ是正角。

69.根据方面58至69中任一项所述的方法，包括：将所述衍射光谱中的每一个从波长表示变换成逆光瞳空间中的逆坐标表示或光瞳空间中的光瞳坐标表示的初始步骤。

70.根据方面58至69中任一项所述的方法，其中，所述衍射光谱包括所述衍射效率光谱或强度光谱。

71.根据方面58至70中任一项所述的方法，包括：执行所述至少四个测量结果获取以获得所述量测数据。

72.根据方面58至71中任一项所述的方法，其中，所述至少四个测量结果获取数目是相隔90度的四个测量结果获取。

73.根据方面72所述的方法，其中，所述四个测量结果获取的所述目标角分别为0度、90度、180度及270度。

74.一种计算机程序，包括计算机可读指令，所述计算机可读指令能够操作以至少执行根据方面1至73中任一项所述的方法的所述处理及确定位置的步骤。

75.一种处理器及相关联的存储介质，所述存储介质包括根据方面74所述的计算机程序，使得所述处理器能够操作以执行根据方面1至73中任一项所述的方法。

76.一种量测装置，包括根据方面75所述的处理器及相关联的存储介质，以便能够操作以执行根据方面1至73中任一项所述的方法。

77.一种光刻单元，包括光刻设备及根据方面76所述的量测装置。

尽管可以在本文中特定地参考在IC制造中光刻设备的使用，但是应该理解，本文中描述的光刻设备可以具有其他应用。可能的其他应用包括制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导及检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。

尽管可以在本文中特定地参考在光刻设备的内容背景中的实施例，但是实施例可以用于其他设备中。实施例可以形成掩模检查设备、量测设备或测量或处理诸如晶片(或其他衬底)或掩模(或其他图案形成装置)的物体的任何设备的一部分。这些设备通常可以被称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或周围(非真空)条件。

尽管可以在本文中特定地参考在检查或量测设备的内容背景中的实施例，但实施例可以用于其他设备中。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(或其他衬底)或掩模(或其他图案形成装置)的物体的任何设备的一部分。术语“量测设备”(或“检查设备”)也可以指检查设备或检查系统(或量测设备或量测系统)。例如包括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，衬底上的结构的感兴趣的特性可能是关于结构中的缺陷、结构的特定部分的不存在、或衬底上的非想要结构的存在。

尽管上文可以特定地参考在光学光刻的内容背景中对实施例的使用，但是将明白的是，本发明在内容背景允许的情况下不限于光学光刻并且可以用于其他应用(例如，压印光刻)中。

虽然上文所描述的目标或目标结构(更一般地，衬底上的结构)是出于测量的目的而特定设计及形成的量测目标结构，但是在其他实施例中，可以对作为在衬底上形成的器件的功能性部分的一个或更多个结构测量感兴趣的特性。许多器件具有规则的类光栅结构。如本文中使用的术语“结构”、“目标光栅”及“目标结构”并不要求已经特定地针对正在被执行的测量来提供该结构。另外，虽然量测目标的节距可以接近散射仪的光学系统的分辨率极限或可能更小，但是可能比目标部分C中的通过光刻过程制得的典型非目标结构(可选地，产品结构)的尺寸大得多。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非目标结构的较小结构。

虽然上文已经描述了特定实施例，但是将明白的是，可以与所描述的方式不同的其他方式来实践本发明。以上描述意图是图示性的，而非限制性的。因此，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在不背离下文所阐明的权利要求的范围的情况下对所描述的本发明进行修改。

尽管特定地参考“量测设备/工具/系统”或“检查设备/工具/系统”，但是这些术语可以指相同或类似类型的工具、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衬底上或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衬底上或晶片上的结构的缺陷。在这种实施例中，衬底上的结构的感兴趣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非想要结构的存在。

尽管特定地参考HXR、SXR和EUV电磁辐射，但是将明白的是，本发明在内容背景允许的情况下可以通过所有电磁辐射来实践，所述电磁辐射包括无线电波、微波、红外线、(可见)光、紫外线、X射线及γ射线。

虽然上文已经描述了特定实施例，但是将明白的是，一个实施例中的特征中的一个或更多个也可以存在于不同的实施例中，并且也可以组合两个或更多个不同实施例中的特征。

Claims

执行至少一对测量结果获取，所述至少一对测量结果获取包括：对相对于所述照射束位于第一目标定向的所述目标进行的第一测量结果获取；以及对相对于所述照射束位于第二目标定向的所述目标进行的第二测量结果获取，其中，所述第一目标定向是由目标坐标系与所述工具坐标系之间的围绕垂直于所述衬底平面的轴线的目标角限定的，其中，用于所述至少一对测量结果获取中的至少一个的所述目标角是倾斜角；以及

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标包括在所述目标坐标系的第一目标方向上具有第一周期性并且在所述目标坐标系的第二目标方向上具有第二周期性的二维目标。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一目标定向和所述第二目标定向使得所选择的成对的互补衍射阶产生衍射图案，所述衍射图案相对于所述量测传感器的沿着所述第二工具方向的轴线具有反射对称性。

4.根据权利要求3所述的方法，包括：

基于以下各项计算所述目标角：

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述单元尺寸在所述第一目标方向和所述第二目标方向上分别为(L_x，L_y)，所述成对的互补衍射阶的所述阶数为(m_x，m_y)、(-m_x，-m_y)并且所述目标角α是由下式限定的：

α＝atan2(m_yL_x，m_xL_y)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二目标定向是由所述目标角加180度限定的。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：

选择所述成对的互补衍射阶中的至少两对互补衍射阶；

根据所述一对测量结果获取中的每一个测量结果获取的组合，确定所述组合的测量结果获取。

8.根据权利要求6至7中任一项所述的方法，其中，所述成对的互补衍射阶中的所述至少两对互补衍射阶包括所述成对的互补衍射阶中的至少四对互补衍射阶。

9.根据权利要求6至7中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：

通过内插将所述光谱中的每一个光谱估计为所述目标角的连续函数；以及

利用对应于其他成对的互补衍射阶的其他角度来评估所述光谱。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，所述映射步骤包括将所述光谱中的每一个光谱从波长表示变换成逆光瞳空间中的逆坐标表示或光瞳空间中的光瞳坐标表示的步骤。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中，所述映射步骤包括：

基于使用者定义的或自动获得的阈值，使所述第一测量结果获取和所述第二测量结果获取中的每一个测量结果获取都二进制化；以及

将二进制化的所述第一测量结果获取和第二测量结果获取中的每一个分段，以获得每阶掩模，可选地，所述方法还包括：

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述照射束以非正入射角照射所述衬底。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述照射束在由所述第一工具方向和所述第三工具方向限定的平面或由所述第二工具方向和所述第三工具方向限定的平面中照射所述衬底。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，所述量测工具包括基于图像的检测器，并且所述方法包括：在光瞳平面中使用掩模以选择所述衍射阶。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述测量结果获取是针对由于所述照射束和/或所述量测传感器引起的不对称性贡献而被校正的经校正测量结果获取。