TWI752269B

TWI752269B - 檢測裝置和系統、度量衡裝置、藉由微影技術進行器件製造之檢測方法、及電腦程式產品

Info

Publication number: TWI752269B
Application number: TW107133297A
Authority: TW
Inventors: 葉伊慈康斯坦那屈薛瑪; 尼特許帕迪; 愛曼德尤金尼愛博特柯蘭
Original assignee: 荷蘭商Ａｓｍｌ控股公司; 荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2022-01-11
Also published as: CN111149062A; IL273501B2; IL273501A; TW201921156A; US20190094702A1; IL273501B1; KR20200041380A; US10866526B2; CN111149062B; KR102388682B1; WO2019063313A1

Abstract

本發明提供一種檢測裝置，其包括：一接物鏡，其經組態以自一度量衡目標接收具有正及負繞射階輻射的繞射輻射；一光學元件，其經組態以將該繞射輻射分離成單獨地對應於一或多個輻射特性之複數個不同值或類型中之每一者且單獨地對應於該正繞射階及該負繞射階之部分；及一偵測器系統，其經組態以單獨且同時地量測該等部分。

Description

檢測裝置和系統、度量衡裝置、藉由微影技術進行器件製造之檢測方法、及電腦程式產品

本發明係關於一種可用於例如藉由微影技術進行器件製造之檢測(例如，度量衡)方法及裝置。

微影裝置為將所要圖案塗覆至基板上(通常塗覆至基板之目標部分上)之機器。微影裝置可用於例如積體電路(integrated circuit，IC)之製造中。在彼情形下，被替代地稱作光罩或倍縮光罩之圖案化器件可用以產生待形成於IC之個別層上的電路圖案。此圖案可轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包括一個或若干晶粒之部分)上。通常經由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上來進行圖案之轉印。一般而言，單一基板將含有經順次地圖案化之鄰近目標部分之網路。

微影裝置可用於例如積體電路(IC)及其他器件之製造中。在此狀況下，圖案化器件(例如，光罩)可含有或提供對應於器件之個別層(「設計佈局」)的圖案，且可藉由諸如穿過圖案化器件上之圖案輻照目標部分之方法來將此圖案轉印至基板(例如，矽晶圓)上之已塗佈有一層輻射敏感材料(「抗蝕劑」)的目標部分(例如，包含一或多個晶粒)上。一般而言，單一基板含有複數個鄰近目標部分，圖案係由微影裝置順次地轉印至該複數個鄰近目標部分，一次一個目標部分。在一種類型之微影裝置中，將圖案一次性轉印至一個目標部分上；此裝置通常被稱作晶圓步進器(wafer stepper)。在通常被稱作步進掃描裝置(step-and-scan apparatus)之替代行裝置中，投影束在給定參考方向(「掃描」方向)上遍及圖案化器件進行掃描，同時平行或反平行於此參考方向而同步地移動基板。圖案化器件上之圖案之不同部分逐漸地轉印至一個目標部分。一般而言，由於微影裝置將具有放大因數M(通常<1)，所以基板被移動之速度F將為光束掃描圖案化器件之速度的因數M倍。

在將圖案自圖案化器件轉印至基板之前，基板可經歷各種工序，諸如上底漆、抗蝕劑塗佈及軟烘烤。在曝光之後，基板可經受其他工序，諸如曝光後烘烤(PEB)、顯影、硬烘烤、及經轉印圖案之量測/檢測。此工序陣列係用作製造器件(例如，IC)之個別層的基礎。基板接著可經歷各種製程，諸如蝕刻、離子植入(摻雜)、金屬化、氧化、化學-機械拋光等等，該等製程皆意欲精整器件之個別層。若在器件中需要若干層，則針對每一層來重複整個工序或其變體。最終，在基板上之各目標部分中將存在器件。接著藉由諸如切塊或鋸切之技術來使此等器件彼此分離，據此可將個別器件安裝於載體上、連接至銷釘等。

如所提及，微影係IC及其他器件之製造中的中心步驟，其中形成於基板上之圖案界定器件之功能元件，諸如微處理器、記憶體晶片等。類似微影技術亦用於形成平板顯示器、微機電系統(micro-electro mechanical system，MEMS)及其他器件。

在微影製程(亦即，使器件或涉及微影曝光之其他結構顯影的製程，其可通常包括諸如抗蝕劑之顯影、蝕刻等等之一或多個相關聯處理步驟)中，需要例如針對製程控制及驗證頻繁地量測所產生結構。用於進行此等量測之各種工具為吾人所知，包括常常用以量測臨界尺寸(critical dimension，CD)之掃描電子顯微鏡，及用以量測疊對(基板之兩個層之對準準確度)之特殊化工具。

舉例而言，需要使得能夠在不同量測條件(例如，不同量測光束波長、不同量測光束偏振等等)下量測一度量衡目標。因此，提供一種用以使得能夠在不同量測條件下同步地量測一度量衡目標之裝置及方法。

在一實施例中，提供一種檢測裝置，其包含：一接物鏡，其經組態以自一度量衡目標接收具有正及負繞射階輻射的繞射輻射；一光學元件，其經組態以將該繞射輻射分離成單獨地對應於一或多個輻射特性之複數個不同值或類型中之每一者且單獨地對應於該正繞射階及該負繞射階之部分；及一偵測器系統，其經組態以單獨且同時地量測該等部分。

在一實施例中，提供一種方法，其包含：自一度量衡目標接收具有正及負繞射階輻射之繞射輻射；將該繞射輻射分離成對應於一或多個輻射特性之複數個不同值或類型中之每一者且對應於該正繞射階及該負繞射階之部分；及單獨且同時地量測該等部分。

在一實施例中，提供一種方法，其包含：以一照明光束光點照明一度量衡目標，其中該度量衡目標包含複數個不同類型之週期性結構，且其中在該光點內，沿著該光點內之一特定方向僅存在一種類型之週期性結構；自該度量衡目標接收輻射；及將該接收之輻射分離成對應於一或多個輻射特性之複數個不同值或類型中之每一者的部分。

在一態樣中，提供一種包含機器可讀指令之非暫時性電腦程式產品，該等機器可讀指令用於使得一處理器系統執行本文中所描述之一方法。在一態樣中，提供一種電腦程式產品，其包含其上記錄有指令之一電腦非暫時性可讀媒體，該等指令在藉由一電腦執行時實施本文中所描述之一方法或一或多個製程步驟。在一實施例中，提供一種電腦程式產品，其包含其上記錄有指令之一非暫時性電腦可讀媒體，該等指令在藉由一電腦執行時實施如本文中所描述之一方法。

在一態樣中，提供一種用於量測一圖案化製程之一物件之度量衡裝置，該度量衡裝置經組態以執行如本文中所描述之一方法。在一態樣中，提供一種用於檢測一圖案化製程之一物件之檢測裝置，該檢測裝置可操作以執行如本文中所描述之一方法。

在一態樣中，提供一種系統，其包含：一度量衡裝置，其經組態以將一輻射光束提供至一物件表面上且偵測由該物件表面上之結構重導向之輻射；及如本文中所描述之一電腦程式產品。在一實施例中，該系統進一步包含一微影裝置，該微影裝置包含經組態以固持一圖案化器件以調變一輻射光束之一支撐結構及經配置以將該經調變輻射光束投影至一輻射敏感基板上之一投影光學系統，其中該物件係該基板且該微影裝置經組態以基於使用該度量衡裝置及該電腦程式產品獲得之資訊而控制該微影裝置之一設定。

在一實施例中，提供一種系統，其包含：一硬體處理器系統；及一非暫時性電腦可讀儲存媒體，其經組態以儲存機器可讀指令，其中該等機器可讀指令在經執行時使得該硬體處理器系統執行如本文中所描述之一方法。

本文中參考隨附圖式詳細地描述本發明之實施例之特徵及/ 或優點，以及本發明之各種實施例之結構及操作。應注意，本發明不限於本文中所描述之特定實施例。本文中僅出於說明性目的而呈現此類實施例。基於本文所含有之教示，額外實施例對於熟習相關技術者將顯而易見。

+1:繞射射線

-1:繞射射線

0:繞射射線

0a:零階射線

0b:零階射線

11:輻射源

12:照明系統

12a:準直透鏡系統

12b:彩色濾光片

12c:偏振器

13:孔徑器件

13a:孔徑

13b:孔徑

13c:孔徑

13e:孔徑

13f:孔徑

15:部分反射表面

16:物鏡

18:光瞳成像光學系統

19:光瞳影像感測器

20:成像光學系統

21:孔徑光闌

22:經分段稜鏡

23:感測器

30a:照明射線

30b:照明射線

31:量測光點

32:週期性結構

33:週期性結構

34:週期性結構

35:週期性結構

41:圓形區域

42:單獨影像

43:單獨影像

44:單獨影像

45:單獨影像

50:偵測光瞳

60:輻射

500:習知量測目標

502:度量衡子目標

504:度量衡子目標

510:週期性結構

520:週期性結構

530:週期性結構

540:週期性結構

550:特定方向

652:量測光束

654:量測光束

660:部分反射光學元件

662:輸入

664:透鏡

666:透鏡

668:光學元件

669:透鏡

670:接物鏡

672:色散光學元件

674:區塊

676:偏振元件

678:偵測器

680:基板

682:基板固持器

1000:接物鏡

1010:光學元件

1020:色散元件

1030:光學元件

1040:偵測器

1050:分佈

1100:通道

1101:通道

1102:通道

1103:通道

1104:通道

1105:通道

1106:通道

1107:通道

1110:列

1120:列

1130:列

1140:列

1150:列

1200:光學元件

1210:偏振分光器

1220:光學元件

1230:通道群組

1231:通道群組

1232:通道群組

1233:通道群組

1234:通道群組

1235:通道群組

1236:通道群組

1237:通道群組

AD:調整器

AS:對準感測器

B:輻射光束

BD:光束遞送系統

BK:烘烤板

C:目標部分

CH:冷卻板

CO:聚光器

CP:收集路徑

DE:顯影器

I:入射射線

I/O1:輸入/輸出通口

I/O2:輸入/輸出通口

IF:位置感測器

IL:照明系統/照明器

IN:積光器

IP:照明路徑

LA:微影裝置

LACU:微影控制單元

LB:裝載匣

LC:微影製造單元

LS:位階感測器

M₁:光罩對準標記

M₂:光罩對準標記

MA:圖案化器件/光罩

MT:支撐結構/光罩台

O:光軸

P₁:基板對準標記

P₂:基板對準標記

PM:第一定位器

PS:投影系統

PU:處理器及控制器

PW:第二定位器

RF:參考框架

RO:基板處置器/機器人

S:光點

SC:旋塗器

SCS:監督控制系統

SO:輻射源

T:目標週期性結構

T':影像

T'(+1a):影像

T'(-1b):影像

TCU:塗佈顯影系統控制單元

W:基板

WTa:基板台

WTb:基板台

X:方向

Y:方向

Z:方向

現在將參考隨附圖式而僅作為實例來描述實施例，在隨附圖式中：圖1示意性地描繪根據一實施例之微影裝置；圖2示意性地描繪根據一實施例之微影單元或叢集；圖3A係用於使用提供某些照明模式之第一對照明孔徑來量測根據一實施例之目標的實例檢測裝置之示意圖；圖3B係用於給定照明方向之目標的繞射光譜之示意性細節；圖4A示意性地描繪基板上之多重週期性結構(例如，多重光柵)目標之形式及量測光點之輪廓；圖4B示意性地描繪圖3之裝置中獲得的圖4A之目標之影像；圖5示意性地描繪如圖3A中所描繪之檢測裝置之一實施例的特定細節；圖6示意性地描繪檢測裝置之部分的一實施例；圖7示意性地描繪度量衡目標之一實施例；圖8示意性地描繪度量衡目標之一實施例；圖9示意性地描繪度量衡目標之一實施例；圖10示意性地描繪度量衡目標之一實施例；圖11示意性地描繪度量衡目標之一實施例；圖12示意性地描繪檢測裝置之部分的一實施例；圖13示意性地描繪檢測裝置之偵測器之偵測的一實施例；圖14示意性地描繪檢測裝置之部分的一實施例；且圖15示意性地描繪檢測裝置之部分之一實施例的用途。

在詳細地描述實施例之前，呈現可供實施實施例之實例環境具指導性。

圖1示意性地描繪微影裝置LA。該裝置包括：照明系統(照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如，UV輻射或DUV輻射)、圖案化器件支撐件或支撐結構(例如，光罩台)MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如，光罩)MA且連接至經組態以根據某些參數而準確地定位圖案化器件之第一定位器PM；基板台(例如，晶圓台)WT，其經建構以固持基板(例如，抗蝕劑塗佈晶圓)W且連接至經組態以根據某些參數而準確地定位基板之第二定位器PW；及投影系統(例如，折射投影透鏡系統)PS，其經組態以將由圖案化器件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C(例如，包括一或多個晶粒)上。

照明系統可包括用於導向、塑形或控制輻射的各種類型之光學組件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電或其他類型之光學組件，或其任何組合。

圖案化器件支撐件以取決於圖案化器件之定向、微影裝置之設計及諸如圖案化器件是否被固持於真空環境中之其他條件的方式來固持圖案化器件。圖案化器件支撐件可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術來以固持圖案化器件。圖案化器件支撐件可係例如框架或台，其可根據需要而固定或可移動。圖案化器件支撐件可確保圖案化器件例如相對於投影系統處於所要位置。可認為本文中對術語「倍縮光罩」或「光罩」之任何使用與更一般術語「圖案化器件」同義。

本文所使用之術語「圖案化器件」應被廣泛地解譯為係指可用以在輻射光束之橫截面中向輻射光束賦予圖案以便在基板之目標部分中創製圖案的任何器件。應注意，舉例而言，若被賦予至輻射光束之圖案包括相移特徵或所謂輔助特徵，則該圖案可不確切地對應於基板之目標部分中之所要圖案。通常，被賦予至輻射光束之圖案將對應於目標部分中所產生之諸如積體電路之器件中的特定功能層。

圖案化器件可係透射的或反射的。圖案化器件之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列及可程式化LCD面板。光罩在微影中為吾人所熟知，且包括諸如二元、交變相移及衰減式相移之光罩類型，以及各種混合光罩類型。可程式化鏡面陣列之一實例使用小鏡面之矩陣配置，該等小鏡面中之每一者可個別地傾斜，以便使入射輻射光束在不同方向上反射。傾斜鏡面在由鏡面矩陣反射之輻射光束中賦予圖案。

如此處所描繪，裝置屬於透射類型(例如，使用透射性光罩)。替代地，該裝置可屬於反射類型(例如，使用如上文所提及之類型的可程式化鏡面陣列，或使用反射光罩)。

微影裝置亦可屬於以下類型：基板之至少一部分可由具有相對高折射率之液體，例如水，覆蓋，以便填充投影系統與基板之間的空間。亦可將浸潤液體施加至微影裝置中之其他空間，例如，光罩與投影系統之間的空間。浸潤技術在此項技術中被熟知用於增大投影系統之數值孔徑。本文中所使用之術語「浸潤」並不意謂諸如基板之結構必須浸沒於液體中，而是僅意謂液體在曝光期間位於投影系統與基板之間。

參考圖1，照明器IL自輻射源SO接收輻射光束。舉例而言，當輻射源為準分子雷射時，輻射源與微影裝置可係分離實體。在此等狀況下，不認為源形成微影裝置之部分，且輻射光束係憑藉包括例如適合導向鏡面及/或擴束器之光束遞送系統BD而自源SO傳遞至照明器IL。在其他狀況下，舉例而言，當源為水銀燈時，源可係微影裝置之整體零件。源SO及照明器IL連同光束傳遞系統BD(在需要時)可被稱作輻射系統。

照明器IL可包括用於調整輻射光束之角強度分佈及/或空間強度分佈之調整器AD。通常，可調節照明器之光瞳平面中之強度分佈之至少外部徑向範圍及/或內部徑向範圍(通常分別被稱作σ外部及σ內部)。另外，照明器IL可包括各種其他組件，諸如積光器IN及聚光器CO。照明器可用以調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。

輻射光束B入射於固持於圖案化器件支撐件(例如，光罩台MT)上之圖案化器件(例如，光罩)MA上，且由圖案化器件圖案化。在已橫穿圖案化器件(例如，光罩)MA之情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。藉助於第二定位器PW及位置感測器IF(例如，干涉量測器件、線性編碼器、2D編碼器或電容式感測器)，可準確地移動基板台WT，例如以便在輻射光束B之路徑中定位不同目標部分C。類似地，第一定位器PM及另一位置感測器(其在圖1中未明確地描繪)可用以例如在自光罩庫進行機械擷取之後或在掃描期間相對於輻射光束B之路徑準確地定位圖案化器件(例如，光罩)MA。

可使用光罩對準標記M₁、M₂及基板對準標記P₁、P₂來對準圖案化器件(例如，光罩)MA及基板W。儘管所說明基板對準標記佔據專用目標部分，但該等標記可位於目標部分之間的空間中(此等標記被稱為切割道對準標記)。類似地，在多於一個晶粒設置於圖案化器件(例如，光罩)MA上之情形下，光罩對準標記可位於晶粒之間。小的對準標記亦可包括於器件特徵當中之晶粒內，在此狀況下，需要使標記儘可能地小且無需與鄰近特徵不同的任何成像或製程條件。下文中進一步描述可偵測對準標記物之對準系統之實施例。

可在以下模式中之至少一者下使用所描繪裝置：

1.在步進模式下，使圖案化器件支撐件(例如，光罩台)MT及基板台WTa保持基本上靜止，同時將賦予至輻射光束之整個圖案一次性投影至目標部分C上(亦即，單次靜態曝光)。接著，使基板台WTa在X及/或Y方向上移位以使得可曝光不同目標部分C。在步進模式下，曝光場之最大大小限制單次靜態曝光中所成像的目標部分C之大小。

2.在掃描模式下，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，同步地掃描圖案化器件支撐件(例如，光罩台)MT及基板台WTa(亦即，單次動態曝光)。基板台WTa相對於圖案化器件支撐件(例如，光罩台)MT之速度及方向可由投影系統PS之放大率(縮小率)及影像反轉特性判定。在掃描模式下，曝光場之最大大小限制單次動態曝光中之目標部分的寬度(在非掃描方向上)，而掃描運動之長度判定目標部分之高度(在掃描方向上)。

3.在另一模式下，使圖案化器件支撐件(例如，光罩台)MT保持基本上靜止，從而固持可程式化圖案化器件，且在經賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時移動或掃描基板台WTa。在此模式下，通常使用脈衝式輻射源，且在基板台WTa之每一移動之後或在掃描期間之順次輻射脈衝之間根據需要而更新可程式化圖案化器件。此操作模式可易於應用於利用可程式化圖案化器件之無光罩微影，諸如上文所提及之類型的可程式化鏡面陣列。

亦可使用對上文所描述之使用模式之組合及/或變化或完全不同之使用模式。

微影裝置LA屬於所謂雙載物台類型，其具有兩個台WTa、WTb(例如，兩個基板台)以及兩個站--曝光站及量測站--在該兩個站之間可交換該等台。舉例而言，在曝光站處曝光一個台上之基板的同時，可在量測站處將另一基板裝載至另一基板台上且進行各種預備步驟。預備步驟可包括使用位階感測器LS來映射基板之表面控制，以及使用對準感測器AS來量測基板上之對準標記之位置，該等感測器兩者係由參考框架RF支撐。若位置感測器IF在台處於量測站以及處於曝光站時不能夠量測台之位置，則可提供第二位置感測器以使得能夠在兩個站處追蹤台之位置。作為另一實例，在曝光站處曝光一個台上之基板時，不具有基板之另一台可在量測站處等待(其中視情況可發生量測活動)。此另一台具有一或多個量測器件且可視情況具有其他工具(例如，清潔裝置)。當基板已完成曝光時，不具有基板之台移動至曝光站以執行例如量測，且具有基板之台移動至卸載該基板且裝載另一基板之部位(例如，量測站)。此等多台配置實現裝置之產出率之相當大增加。

如圖2中所展示，微影裝置LA形成微影製造單元LC(有時亦被稱作微影製造單元(lithocell)或微影製造叢集(lithocluster))之部分，微影製造單元LC亦包括用以對基板執行一或多個曝光前製程及曝光後製程之裝置。通常，此等裝置包括用以沈積抗蝕劑層之一或多個旋塗器SC、用以顯影經曝光抗蝕劑之一或多個顯影器DE、一或多個冷卻板CH及/或一或多個烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出通口I/O1、I/O2拾取基板、在不同製程器件之間移動基板且將基板遞送至微影裝置之裝載匣LB。常常被集體地稱作塗佈顯影系統(track)之此等器件係在塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下，塗佈顯影系統控制單元TCU自身受到監督控制系統SCS控制，監督控制系統SCS亦經由微影控制單元LACU而控制微影裝置。因此，不同裝置可經操作以最大化產出率及處理效率。

為了正確且一致地曝光由微影裝置曝光之基板，需要檢測經曝光基板以量測一或多個屬性，諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)，等。若偵測到誤差，則可對一或多個後續基板之曝光進行調整，尤其是在檢測可足夠迅速地且快速地進行而使得同一批量之另一基板仍待曝光的情況下。又，已經曝光之基板可被剝離及重工以改良產率，或被捨棄，藉此避免對已知有缺陷之基板執行進一步處理。在基板之僅一些目標部分有缺陷之狀況下，可僅對良好的彼等目標部分執行另一曝光。另一可能性應為調適後續製程步驟之設定以補償誤差，例如，可調整修整蝕刻步驟之時間以補償由微影製程步驟引起的基板間CD變化。

檢測裝置用以判定基板之一或多個屬性，且詳言之，判定不同基板或同一基板之不同層之一或多個屬性如何在不同層間變化及/或橫越基板而變化。檢測裝置可整合至微影裝置LA或微影製造單元LC中，或可係單機器件。為了實現最快速量測，需要使檢測裝置緊接在曝光之後量測經曝光抗蝕劑層中之一或多個屬性。然而，抗蝕劑中之潛影具有極低對比度-在已曝光於輻射的抗蝕劑之部分與尚未曝光於輻射的抗蝕劑之部分之間僅存在極小折射率差-且並非所有檢測裝置皆具有足夠敏感度來進行潛影之有用量測。因此，可在曝光後烘烤步驟(post-exposure bake，PEB)之後進行量測，曝光後烘烤步驟通常為對經曝光之基板進行之第一步驟且增加抗蝕劑之經曝光之部分與未經曝光之部分之間的對比度。在此階段，抗蝕劑中之影像可被稱作半潛像(semi-latent)。亦有可能進行經顯影之抗蝕劑影像之量測-此時，抗蝕劑之經曝光部分或未經曝光部分已被移除-或在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後進行經顯影抗蝕劑影像之量測。後一可能性限制有疵點基板之重工的可能性，但仍可例如出於製程控制之目的而提供有用資訊。

由習知散射計使用之目標包含相對大之週期性結構佈局(例如，包含一或多個光柵)，例如40μm乘40μm。在彼狀況下，量測光束常常具有小於週期性結構佈局之光點大小(亦即，佈局填充不足使得週期性結構中之一或多者未完全由光點覆蓋)。此情形簡化目標之數學重建構，此係由於可將目標視為無限的。然而，舉例而言，因此目標可定位於產品特徵當中，而非定位於切割道中，目標之大小已減小例如至20μm乘20μm或更小，或減小至10μm乘10μm或更小。在此情形下，可使週期性結構佈局小於量測光點(亦即，週期性結構佈局填充過度)。通常使用暗場散射量測來量測此目標結構，其中阻擋零階繞射(對應於鏡面反射)，且僅處理高階。可在PCT專利申請公開案第WO 2009/078708號及第WO 2009/106279號中發現暗場度量衡之實例，該等專利申請公開案之全文特此以引用之方式併入。美國專利申請公開案US2011-0027704、US2011-0043791及US2012-0242970中已描述該技術之進一步開發，該等專利申請公開案之全文係特此此以引用之方式併入。使用繞射階之暗場偵測的以繞射為基礎之疊對實現對較小目標之疊對量測。此等目標可小於照明光點且可由基板上之產品結構環繞。在一實施例中，可在一個影像中量測多個目標。

在一實施例中，基板上之目標可包含一或多個1-D週期性光柵，其經印刷成使得在顯影之後，長條係由固體抗蝕劑線形成。在一實施例中，目標可包含一或多個2-D週期性光柵，其經印刷成使得在顯影之後，該一或多個光柵係由抗蝕劑中之固體抗蝕劑導柱或通孔形成。長條、導柱或通孔可替代地被蝕刻至基板中。光柵之圖案對微影投影裝置(特別是投影系統PS)中之色像差敏感，且照明對稱性及此等像差之存在將使其自身顯表現為經印刷光柵之變化。因此，經印刷光柵之經量測資料可用以重新建構光柵。自印刷步驟及/或其他量測製程之知識，可將1-D光柵之諸如線寬及形狀之參數或諸如導柱或通孔寬度或長度或形狀之2-D光柵之參數輸入至由處理單元PU執行之重新建構製程。

圖3A示意性地展示實施例如所謂暗場成像度量衡之檢測裝置的元件。裝置可係獨立器件，或併入於例如量測站處之微影裝置LA中抑或微影製造單元LC中。貫穿裝置具有若干分支之光軸係由點線O表示。圖3B中更詳細地說明目標週期性結構T及繞射射線。

如引言中所引用之專利申請公開案中所描述，圖3A之裝置可係可替代光譜散射計或除了光譜散射計以外使用之多用途角度解析散射計之部分。在此類型之檢測裝置中，由輻射源11發射之輻射係由照明系統12調節。舉例而言，照明系統12可包括準直透鏡系統12a、彩色濾光片12b、偏振器12c及孔徑器件13。經調節輻射遵循照明路徑IP，在照明路徑IP中，經調節輻射係由部分反射表面15反射且經由物鏡16而聚焦成基板W上之光點S。度量衡目標T可形成於基板W上。接物鏡16可在形式上類似於顯微鏡接物鏡，但具有例如高數值孔徑(numerical aperture，NA)，例如至少0.9或至少0.95。可視需要使用浸潤流體以獲得大於1之數值孔徑。

在此實例中，物鏡16亦用以收集已由目標散射之輻射。示意性地，展示用於此返回輻射之收集路徑CP。多用途散射計可在收集路徑中具有兩個或多於兩個量測分支。所說明實例具有包含光瞳成像光學系統18及光瞳影像感測器19之光瞳成像分支。亦展示成像分支，下文將更詳細地描述該成像分支。另外，其他光學系統及分支將包括於實際裝置中，例如以收集參考輻射以用於強度歸一正規化、用於俘獲捕捉目標之粗略成像、用於聚焦等。可在上文所提及之先前公開案中發現此等操作之細節。

當度量衡目標T設置於基板W上時，此可係1-D週期性結構(例如，光柵)，其經印刷使得顯影在之後長條由固體抗蝕劑線形成。該目標可係2-D週期性結構，其經印刷成使得在顯影之後，週期性結構係由抗蝕劑中之固體抗蝕劑導柱或通孔形成。長條、導柱或通孔可替代地被蝕刻至基板中。此等週期性結構中之每一者為可使用檢測裝置來研究屬性的目標結構之實例。在疊對度量衡目標之狀況下，週期性結構經印刷於已藉由先前圖案化步驟而形成之另一週期性結構之頂部上或與該另一週期性結構交錯。

可調整照明系統12之各種組件以在同一裝置內實施不同度量衡「配方」。除了選擇波長(顏色)及偏振作為照明輻射之特性以外，照明系統12亦可經調整以實施不同照明剖面。孔徑器件13之平面與接物鏡16之光瞳平面及光瞳影像偵測器19之平面共軛。因此，由孔徑器件13界定之照明剖面界定以光點S入射於基板W上之輻射的角度分佈。為了實施不同照明輪廓，孔徑器件13可設置於照明路徑中。孔徑器件可包含安裝於可移動滑桿或輪上之不同孔徑13a、13b、13c等。該孔徑元件可替代地包含固定或可程式化空間光調變器(spatial light modulator，SLM)。作為另一替代方案，光纖可安置於照明光瞳平面中之不同部位處，且可選擇性地用以在其各別部位處遞送輻射或不遞送輻射。此等變體皆在上文所引用之文件中加以論述及例示。孔徑器件可屬於反射形式，而非透射的。舉例而言，可能使用反射SLM。實際上，在UV或EUV波帶中工作之檢測裝置中，大多數或全部光學元件可係反射的。

取決於照明模式，實例射線30a可經提供使得入射角如在圖3B中之「I」處所展示。由目標T反射之零階射線之路徑被標註為「0」(不應與光軸「O」混淆)。相似地，在同一照明模式下或在第二照明模式下，可提供射線30b，在此狀況下，與第一模式相比，入射角與反射角將調換。在圖3A中，第一及第二實例照明模式之零階射線分別被標註為0a及0b。

如圖3B中更詳細地展示，作為目標結構之實例的目標週期性結構T經置放為使得基板W垂直於物鏡16之光軸O。在離軸照明剖面之狀況下，與軸線O成一角度而照射於週期性結構T上的照明I之射線30a引起一個零階射線(實線0)及兩個一階射線(點鏈線+1及雙點鏈線-1)。應記住，在運用填充過度之小目標週期性結構的情況下，此等射線僅僅為覆蓋包括度量衡目標週期性結構T及其他特徵之基板區域的許多平行射線中之一者。由於照明射線30a之光束具有有限寬度(為接納有用量之輻射所必要)，所以入射射線I事實上將佔據角度範圍，且繞射射線0及+1/-1將稍微散開。根據小目標之點散佈函數(point spread function)，每一階+1及-1將遍及一角度範圍而進一步散佈，而非如所展示之單一理想射線。

若目標具有多個週期性組件，則彼等週期性組件中之每一者將引起一階及高階繞射射線，其可在至頁面中或在頁面外之方向上。為簡單起見，圖3B之實例僅僅描述一維光柵。

在用於暗場成像之收集路徑的分支中，成像光學系統20在感測器23(例如，CCD或CMOS感測器)上形成基板W上之目標的影像T'。孔徑光闌21設置於收集路徑CP之成像分支中之平面中，該平面與物鏡16之光瞳平面共軛。孔徑光闌21亦可被稱為光瞳光闌。孔徑光闌21可採取不同形式，正如照明孔徑可採取不同形式一樣。與透鏡16之有效孔徑結合的孔徑光闌21判定使用散射輻射之何部分將影像產生於感測器23上。通常，孔徑光闌21用以阻擋零階繞射光束，使得形成於感測器23上之目標之影像僅自一階光束形成。在一階光束兩者經組合以形成影像之實例中，此影像將為所謂的暗場影像，其等效於暗場顯微法。

將由感測器23捕捉之影像輸出至影像處理器及控制器PU，影像處理器及控制器PU之功能將取決於正被執行之量測之特定類型。出於此目的，執行對目標結構之不對稱性的量測。不對稱性量測可與目標結構之知識組合以獲得用以形成該等目標結構之微影製程之效能參數的量測。可以此方式量測之一或多個效能參數包括例如疊對、焦點及/或劑量。提供目標之特殊設計以允許經由同一基礎不對稱性量測方法對不同效能參數進行此等量測。

處理器及控制器PU亦產生用於控制照明特性(例如，偏振、波長、等等)及用於使用孔徑器件13或可程式化空間光調變器(其可定義輻射強度分佈和/或輻射入射角)來選擇孔徑之控制信號，諸如λ及AP。亦可以相同方式控制孔徑光闌21。照明及偵測之此等參數的每一組合被認為係用於待進行之量測之「配方」。

再次參考圖3B及照明射線30a，來自目標週期性結構之+1階繞射射線將進入物鏡16且貢獻於在感測器23處記錄之影像。射線30b以與射線30a相對之角度入射，且因此，-1階繞射射線進入該物鏡且貢獻於該影像。當使用離軸照明時，孔徑光闌21阻擋零階輻射。如先前公開案中所描述，照明模式可藉由運用在X及Y方向上之離軸照明加以界定。

圖3A之孔徑器件13中之孔徑13c、13e及13f包括在X方向及Y方向兩者上之離軸照明，且對於本發明而言備受關注。孔徑13c產生可被稱作經分段照明剖面之內容，且可例如與由例如下文所描述之經分段稜鏡22界定之經分段孔徑組合地使用。孔徑13e及13f可例如以先前所提及之專利申請公開案中的一些所描述之方式組合同軸孔徑光闌21來使用。

藉由比較在此等不同照明模式下之目標週期性結構之影像，可獲得不對稱性量測。替代地，可藉由保持同一照明模式但旋轉目標來獲得不對稱性量測值。雖然展示離軸照明，但可替代地使用目標之同軸照明，且可使用經修改之離軸孔徑光闌21以將實質上僅一個一階繞射輻射傳遞至感測器。在另一實例中，經分段稜鏡22與同軸照明模式組合地使用。經分段稜鏡22可被視為個別離軸稜鏡之組合，且視需要可實施為安裝在一起之一組稜鏡。此等稜鏡界定經分段孔徑，其中每一象限中之射線稍微偏轉一角度。光瞳平面中之此偏轉具有在影像平面中在每一方向上使+1 階與-1階空間分離之效應。換言之，每一繞射階及方向之輻射在感測器23上形成不同部位之影像，使得其可被偵測到及比較且無需兩個依序影像捕捉步驟。實際上，在影像感測器23上之經分離部位處形成分離影像。在圖3A中，舉例而言，使用來自照明射線30a之+1階繞射得到之影像T'(+1a)係與使用來自照明射線30b之-1階繞射得到之影像T'(-1b)空間上分離。美國專利申請公開案第US 2011-0102753號中揭示此技術，該專利申請公開案之全部內容係特此以引用方式併入。替代一階光束或除了一階光束以外，二階、三階及高階光束(圖3中未展示)亦可用於量測中。作為另一變體，離軸照明模式可保持恆定，而目標自身在接物鏡16下方旋轉180度以使用相反繞射階來俘獲捕捉影像。

無論使用此等技術中之哪一技術，本發明適用於其中在例如被稱作X及Y之正交方向之兩個方向上繞射的輻射同時被捕捉之方法。

雖然說明習知的基於透鏡之成像系統，但本文中所揭示之技術可同樣地應用於全光攝影機，且亦應用於所謂的「無透鏡」或「數位」成像系統。因此，存在關於用於繞射輻射之處理系統之哪些部分經實施於光學域中且哪些部分經實施於電子域及軟體域中之大的設計選擇度。

可自針對+1及-1繞射階之偵測到之輻射的強度來計算不對稱性A之量測。在下式中：A=I ₊₁-I _-1 (1)

不對稱性量測被計算為針對+1階與-1階所量測之強度之間的差異。對於各強度量測I，下標表示繞射階+1或-1。

圖4A描繪根據已知實務形成於基板上之實例複合目標。複合目標包含四個週期性結構(在此狀況下，光柵)32至35。在一實施例中，週期性結構足夠緊密地定位在一起，使得其皆在由度量衡裝置之照明光束形成之量測光點S,31內。在彼狀況下，該四個週期性結構因此皆被同時照明且同時成像於感測器19及/或感測器23上。在專用於疊對量測之一實例中，週期性結構32至35自身為疊對週期性結構形成之複合週期性結構(例如，複合光柵)，亦即，週期性結構在形成於基板W上之器件之不同層中被圖案化且使得一個層中之至少一個週期性結構與不同層中之至少一個週期性結構疊對。此目標可具有20μm×20μm內或16μm×16μm內之外部尺寸。另外，所有週期性結構用以量測一對特定層之間的疊對。為了促進目標能夠量測多於單一層對，週期性結構32至35可具有以不同方式偏置之疊對偏移，以便促進對形成有複合週期性結構之不同部分的不同層之間的疊對之量測。因此，用於基板上之目標之所有週期性結構將用以量測一對層，且用於基板上之另一相同目標之所有週期性結構將用以量測另一對層，其中不同偏置促進區分該等層對。

返回至圖4A，週期性結構32、33、34、35亦可在其定向方面不同，如所展示，以便使入射輻射在X方向及Y方向上繞射入射輻射。在一個實例中，週期性結構32及34為分別具有+d、-d之偏置之X方向週期性結構。週期性結構33及35可係分別具有偏移+d及-d之Y方向週期性結構。偏置+d意謂週期性結構中之一者使其組件配置成使得若其兩者經印刷成確切地處於其標稱部位處，則該等組件中之一者將相對於另一者偏移距離d。偏置-d意謂疊對週期性結構使其組件經配置成使得若被完美印刷，則將存在為d但在與第一週期性結構相反之方向上的偏移，等等。雖然說明四個週期性結構，但另一實施例可包括更大矩陣以獲得所要準確度。舉例而言，九個複合週期性結構之3×3陣列可具有偏置-4d、-3d、 -2d、-d、0、+d、+2d、+3d、+4d。可在由感測器23捕捉之影像中識別此等週期性結構之分離影像。

圖4B展示可在圖3A之裝置中使用圖4A之目標來形成於感測器23上且由該感測器偵測到之影像的實例。雖然光瞳影像感測器19不能解析不同個別週期性結構32至35，但感測器23可執行此操作。標記為40之暗矩形表示感測器23上之影像場，在該影像場內使基板上之經照明光點31,S成像至對應圓形區域41中。在此場內，矩形區域42至45表示小目標週期性結構32至35之影像。若週期性結構位於產品區域中，則在此影像中亦可看到產品特徵。影像處理器及控制器PU處理此等影像以識別週期性結構32至35之單獨影像42至45。此可藉由圖案匹配技術進行，使得並非必須在感測器框架內之特定部位處極精確地對準影像。以此方式縮減準確對準之需要極大地改良作為整體之量測裝置之產出率。然而，若成像製程經受跨越影像場之不均勻性，則位置變化可在量測結果中引入不準確性。不僅光學路徑中之各種組件之屬性，而且照明之強度及偵測之靈敏度可跨越影像場而改變。在美國專利申請案出版第US 2012-0242970號中，根據在感測器23之場內觀測各週期性結構影像之位置而對所量測強度進行校正。亦可以本發明之該等技術施加此類校正。

一旦已識別週期性結構之單獨影像，則可例如藉由平均化或求和所識別區域內之所選像素強度值來量測彼等個別影像之強度。可將影像之強度及/或其他性質彼此進行比較。可組合此等結果以量測微影製程之不同參數。可藉由量測週期性結構目標之不對稱性而量測的疊對效能係此參數之實例。

在圖5中展示如圖3A中所描繪之檢測裝置之一實施例的特定細節。在圖5中，展示可使用孔徑13c產生之特定類型的照明，詳言之，分段式照明輪廓(例如，在此實例中，假想圓內之四個象限，其中兩個對角相對之象限具有輻射，而另外兩個對角相對的象限基本上不具有輻射)。圖5進一步示意性地展示各種輻射階中之一些，特定言之0階、+1階及-1階，自諸如圖4C中示意性地描繪之目標之度量衡目標的傳播。偵測光瞳50展示為包含各種輻射階。在此實例中，0階輻射實際上受限於左上方及右下方象限。另外，來自度量衡目標之+1及-1輻射實際上受限於右上方及左下方象限。特定言之，右上方象限具有來自第一種定向類型之週期性結構(例如，量測諸如圖4A中之週期性結構33及35之Y疊對週期性結構)的-1輻射、及來自第二種定向類型之週期性結構(例如，量測諸如圖4A中之週期性結構32及34之X疊對週期性結構)的+1輻射。接著，左下方象限與右上方象限具有相對的組合，特定言之，來自第二種定向類型之週期性結構(例如，量測諸如圖4A中之週期性結構32及34之X疊對週期性結構)的-1輻射、及來自第一種定向類型之週期性結構(例如，量測諸如圖4A中之週期性結構33及35之Y疊對週期性結構)的+1輻射。當然，不同定向類型之週期性結構之偵測光瞳中之輻射階的位置可不同。接著，光學元件22(例如，稜鏡，諸如包含複數個楔形片段之楔形類型結構，或盤型形式透明光學元件)可用以空間分離/將輻射發散至偵測器23上。在一實施例中，光學元件22經配置以以與-1階輻射不同的方式分離/發散+1階輻射。展示了偵測到之輻射60的一實例，其中在左上方及右下方部分中展示0階輻射(但在一實施例中，光學元件22(或某一其他結構)可在不需要時阻擋0階輻射)。接著，左下方及右上方展示具有針對如所標示之各週期性結構俘獲到之特定輻射階之度量衡目標的兩個「影像」。如可見，針對週期性結構 32至35中之每一者單獨地俘獲+1及-1階輻射中之每一者。在一實施例中，可自各週期性結構32至35「影像」提取平均強度以得到8個強度值，來判定如下文進一步所論述的X方向及Y方向上的疊對。

可設計不同目標以使得其不對稱性強烈取決於為了量測微影製程之所關注參數。對於本文中所描述之實例，假定目標經設計以用於量測作為關注參數之疊對。此目標附近之疊對OV之量測可使用兩個或多於兩個週期性結構含有之不同偏置值之知識依據針對該兩個或多於兩個週期性結構量測之不對稱性來計算。亦即，可使用經偏置週期性結構之不對稱性之量測組合該等週期性結構中之不同偏置之知識來計算未知疊對OV。應注意，圖4A之實例目標為在X及Y方向上具有組件週期性結構且具有兩個偏置值+d及-d的複合目標，應理解，該目標允許根據彼等目標週期性結構之不對稱性量測來計算在X及Y兩個方向上之疊對量測。在一個實例中，藉由下式計算特定方向(例如，X或Y)上之疊對：

其中d係偏置量，p係週期性結構間距，A_+d係針對具有+d偏置之適用定向類型之目標週期性結構(例如，週期性結構32，其中判定X方向上之疊對，或週期性結構33，其中判定Y方向上之疊對)的+1階與-1階所量測的強度之間的差，且A_-d係針對具有-d偏置之目標(例如，週期性結構34，其中判定X方向上之疊對，或週期性結構35，其中判定Y方向上之疊對)的+1階與-1階所量測的強度之間的差。可例如以奈米(nm)表達偏置及間距使得以奈米表達疊對。

目標之量測準確性及/或敏感度可相對於提供至目標上之輻射光束的一或多個特性變化，例如，輻射光束之波長、輻射光束之偏振、輻射光束之強度分佈(亦即，角度或空間強度分佈)及/或輻射入射角。因此，需要以輻射光束之不同值及/或類型之特性的多於一個組合(例如，兩個或更多個不同波長、兩個或更多個不同偏振等等)量測目標。

當產品上要求(諸如產品上疊對)繼續收緊以便支援例如10nm及7nm節點之需求時，需要同時準確、強健且密集之度量衡資料作為例如閉合迴路控制解決方案之輸入以啟用基板級控制及高階校正。另外，使用不透明材料及嚴格設計規則驅動對可用量測波長及度量衡目標設計空間之擴充的需求。因此，諸如針對量測不透明材料而提高量測準確性及製程強健性之一種方式係使用多個量測光束特性，詳言之多個量測光束波長，之量測的實施方案。

使用多個波長以實施量測之一種方式係在時間上依序調諧量測光束波長。舉例而言，可藉由在度量衡系統照明分支中切換彩色濾光片12b來獲得不同波長。但，此會對感測器生產率及操作循環時間具有重大影響。因此，因為許多最新節點將合乎需要地使用多於一個量測光束波長，所以預期並將需要行地量測兩個或更多個波長以實現未來度量衡。

因此，提供經組態以使用量測光束特性之複數個不同值或類型來進行並行量測之以繞射為基礎的度量衡感測器系統。亦即，在一實施例中，提供高光譜或多光譜光學系統以提供以下能力：以不同輻射波長並行地量測度量衡目標以獲得寬光譜範圍中量測之諸如疊對之參數的值。在一實施例中，提供用以在無顯著重新設計之情況下啟用可整合至現有度量衡裝置中之此類並行量測的光學系統。在一實施例中，可實施光學系統，使得可在度量衡裝置之現有功能性與使用量測光束特性之複數個不同值或類型之並行量測的功能性(例如，高光譜或多光譜功能性)之間切換度量衡裝置。在一實施例中，可藉由在度量衡裝置之光學路徑內移動光學系統之至少部分或將該至少部分移出/移入光學路徑來實現此切換。因此，在一實施例中，提供可以最少投資修改度量衡裝置硬體以使得能夠使用量測光束特性之複數個不同類型或值來並行地進行量測來實施於現有度量衡裝置上之相對簡單且節約成本的光學系統。另外，如將在下文更詳細地論述，在一實施例中，提供用以結合光學系統使得能夠使用量測光束特性之複數個不同值或類型來並行地進行量測之度量衡目標的特定組態。

因此，首先，將論述用以使得能夠使用量測光束特性之複數個不同值或類型來並行地進行量測之光學系統的一實施例，隨後更詳細地論述可與該光學系統一起使用之度量衡目標之可能特定組態。將尤其聚焦於使用複數個不同值之量測光束特性，亦即，波長，來並行地進行量測而描述光學系統之一實施例。然而，如將瞭解，可設置該光學系統以必要時在單個波長下使用量測光束特性之複數個不同值或類型來並行地進行量測。舉例而言，可設置該光學系統以在單個波長使用複數個不同偏振(例如，TM及TE偏振)來並行地進行量測。

參考圖6，針對以繞射為基礎之度量衡描繪檢測裝置之實施例的高度示意圖。在此實施例中，色散光學組件用以使得能夠將具有不同波長之輻射分離成一或多個偵測器之不同區域，以使得能夠分離且並行量測具有不同波長之輻射。

特定言之，圖6描繪經組態以提供例如CD、疊對等等之光學量測值之實例檢測裝置600(例如，度量衡裝置)的示意圖。如圖6中所展示，檢測裝置600包含接物鏡670、經組態以固持基板680之基板固持器682、及偵測器678。

接物鏡670及偵測器678一起經組態以量測基板680之目標以判定例如CD、疊對、聚焦、劑量等等。具體言之，由輸入662(例如，諸如燈或雷射器之輻射源、或連接或可連接至輻射源之輸入)發射的量測光束652經導向部分反射光學元件660。量測光束652係由部分反射光學元件660及接物鏡670進一步導向至目標上，且隨後來自該量測光束652之輻射由該目標重導向。經重導向量測光束654之至少一部分由接物鏡670收集且經由接物鏡670、部分反射光學元件660、透鏡669、透鏡666及透鏡664導向偵測器678(例如，CCD或CMOS感測器)。可使用不同透鏡配置，限制條件為該透鏡配置仍然將目標之輻射提供至偵測器678上。在一實施例中，透鏡669、透鏡666及透鏡664經配置以對光瞳重新進行成像。

在一實施例中，光學元件668(例如，稜鏡，諸如包含複數個楔形片段之楔形類型結構，或盤型形式透明光學元件)可用以空間分離/朝向偵測器678發散輻射。在一實施例中，光學元件668經配置以以與-1階輻射不同之方式分離/發散+1階輻射。因此，在一實施例中，光學元件668充當光瞳分離器以朝向一或多個偵測器678空間分離+1與-1繞射階輻射。

視情況，可提供區塊674以阻擋0階輻射。此可用以減少由於0階輻射中之量測中的雜訊可能性，其中僅1或更高繞射階用以自偵測到之輻射判定所關注參數。在一實施例中，區塊674可係單獨元件。在一實施例中，區塊674可與諸如光學元件668之另一光學元件整合。在一實施例中，當照明具有例如圖5中所展示之形式的分佈時，區塊674可具有對應於圖5中所展示之0階輻射之兩個吸收象限的形狀，以阻擋0階輻射(但如將瞭解，區塊674之配置取決於目標之照明類型)。在一實施例中，區塊675定位於光瞳平面上。在一實施例中，區塊675與照明器中之孔徑13共軛。

在一實施例中，為了使得能夠使用量測光束特性之複數個不同值或類型來並行地進行量測，提供一或多個光學元件以使得能夠將光束654分離成具有一或多個量測光束特性之不同值或類型的單獨部分。在一實施例中，一或多個光學元件包含經組態以將光束654分離成對應於不同波長之單獨部分的色散光學元件672。在一實施例中，色散光學元件可係繞射光柵、稜鏡或兩者。在一實施例中，色散光學元件包含雙阿米西稜鏡。在一實施例中，色散光學元件係反射性的(例如，經配置成使得基本上所有輻射反射/繞射遠離表面的繞射光柵)。在一實施例中，色散光學元件係透射性的。在一實施例中，色散光學元件包含光學元件，該光學元件具有表面聲波產生器以使用表面聲波來在光學元件之表面上形成光柵。另外或替代地，一或多個光學元件包含經組態以將光束654分離成對應於不同偏振之單獨部分的偏振元件676。在一實施例中，偏振元件包含渥拉斯頓稜鏡、若雄稜鏡或類似光學元件。在一實施例中，偏振元件包含偏光光束分光器，其中該偵測器可包含兩個或更多個偵測器。

在一實施例中，提供色散元件及偏振元件兩者以實現對波長及偏振兩者之分離。在一實施例中，偏振元件在單個設計中與色散光學元件元件(例如，呈光柵或稜鏡形式)組合。

在一實施例中，經提供以使得能夠將光束654分離成具有一或多個量測光束特性之不同值或類型的單獨部分的一或多個光學元件在偵測分支之光瞳中定位於光學元件668及可選區塊674下游。

在一實施例中，經提供以使得能夠將光束654分離成具有一或多個量測光束特性之不同值或類型的單獨部分的一或多個光學元件可移入及移出光束路徑使得檢測裝置可以習知方式與路徑之外的一或多個光學元件配合使用。在一實施例中，經提供以使得能夠將光束654分離成具有一或多個量測光束特性之不同值或類型的單獨部分的一或多個光學元件經組態以變換組態以便允許繞射輻射通過而不分離。舉例而言，在一實施例中，一或多個光學元件旋轉或位移使得繞射輻射通過或由一或多個光學元件反射，使得繞射輻射通過而不分離。

使用色散光學元件672及/或偏振元件676，光束654將分離成具有一或多個量測光束特性之不同值或類型的部分，使得該等部分將在一或多個偵測器678處空間分離，以使得可單獨地量測一或多個量測光束特性之不同值或類型中之每一者。因此，舉例而言，目標之複數個週期性結構中的每一者可單獨地以及針對如習知實施例(例如，如關於圖5所描述)中之複數個不同繞射階(例如，第+1階及第-1階)而加以偵測，但可進一步空間分離，以使得可針對一或多個量測光束特性之複數個不同值或類型(例如，波長及/或偏振)中之每一者獲得彼等單獨量測值中之每一者。因此，偵測器678可獲得各種週期性結構(包括一或多個+d偏置週期性結構及一或多個-d偏置週期性結構)及第+1階及第-1階中之每一者及一或多個量測光束特性之兩個或更多個不同值或類型(例如，波長及/或偏振)的輻射參數(例如，強度)值。在一實施例中，輻射參數係強度。在一實施例中，輻射參數係特定週期性結構之第+1階與第-1階之間的強度不對稱性。在一實施例中，針對兩個或更多個波長獲得輻射參數。在一實施例中，針對兩個或更多個偏振獲得輻射參數。在一實施例中，輻射參數組合成不同參數值(例如，週期性結構之第+1階與第-1階之間的強度不對稱性)。

因此，在一實施例中，特定方向(例如，X方向)之疊對度量衡目標可包含兩個週期性結構(各自具有兩個層中之每一者中的週期性結構元件)，第一週期性結構具有+d之偏置且第二週期性結構具有+d之偏置。參見例如週期性結構32及34。在一實施例中，週期性結構包含複數個光柵但可呈任何形式。當以輻射具有量測光束特性之兩個不同值或類型(諸如兩個不同波長或兩個不同偏振(例如，兩個正交線性偏振，例如TE及TM輻射))照明週期性結構時，則存在四個所關注強度不對稱性：

其中下標1及2分別指示量測光束特性之兩個不同值或類型中之一者，+及-下標指示週期性結構之偏置d的正負號，且上標指代繞射階(在此狀況下，第+1及第-1繞射階)。這些四個不對稱性可由包含例如適合軟體之處理器使用以根據例如下式而計算疊對誤差OV：

其中d係偏置。

參考圖7，描繪具有週期性結構510、520、530及540之習知量測目標500的實例。在此實例目標中，第一類型之週期性結構510、520針對Y方向疊對量測進行配置，且第二類型之週期性結構530、540針對X方向疊對量測進行配置。另外，在此實施例中，週期性結構510與週期性結構520具有相同偏置d絕對值但標記不同。舉例而言，週期性結構510具有-d之偏置且週期性結構520具有+d之偏置。類似地，週期性結構530與週期性結構540具有相同偏置d絕對值但標記不同。舉例而言，週期性結構530具有-d之偏置且週期性結構540具有+d之偏置。若色散元件應與如圖7中所展示之目標500一起使用，則來自一個週期性結構之不同波長的輻射將有可能與來自另一週期性結構之不同波長的輻射重疊，使得不同波長及不同週期性結構之強度可不分離，以便易於能夠在不同波長處獲得不同週期性結構之量測值。

在圖8中，呈現根據一實施例之週期性結構510、520、530及540的新配置。儘管根據週期性結構510、520、530及540描述圖8之此實施例及新度量衡目標配置之其他實施例，但可使用不同類型之度量衡目標結構。

在圖8中，呈現照明度量衡目標500之照明光點31。在一實施例中，照明光點31照明度量衡目標500之至少一個週期性結構。在此實例中，照明光點31照明度量衡目標500之所有週期性結構。

在圖8之度量衡目標的配置中，週期性結構510、520、530及540經配置以使得在照明光點內沿著光點內之特定方向550僅存在一種類型之週期性結構，該特定方向將在本文中被稱作光譜軸線。在圖8之實例中，存在兩個種類型之週期性結構，亦即，第一類型之週期性結構510、520及第二類型之週期性結構530、540。因此，如圖8中所展示，沿著照明光點內之X方向，僅存在一種類型之週期性結構。如圖8中所見，對於整個光點中之X方向的所有個例，僅存在一種類型之週期性結構。另外，在此實施例中，沿著光點內之特定方向(例如，圖8中之X方向)，僅存在特定類型之單個週期性結構。

因此，在此新配置中，提供「一維」類型之度量衡目標(其可在功能性上與傳統正方形度量衡目標等效)，而非具有正方形配置中之四個週期性結構的傳統正方形度量衡目標。此新目標可具有相同面積(亦即，其可不需要基板上之更多空間)，且可與傳統正方形度量衡目標累積相同疊對資料。

參考圖9，描繪該新配置之另一變型。如圖8，僅具有一種類型之週期性結構的「一維」目標沿著光點內之光譜軸線550。在此實施例中，不同類型之第一組週期性結構沿著光譜軸線與不同類型之第二組週期性結構偏移。在此實例中，第一組中之週期性結構沿著正交於光譜軸線之方向對準，且類似地第二組中之週期性結構沿著正交於光譜軸線之方向對準。

在圖10中，描繪該新配置之另一變型。在此實施例中，存在在同一時間(若間隔在目標502、504之間充分地分開)或在不同時間(但以目標量測產出率為代價)照明度量衡子目標502及504之兩個單獨照明光點31。又，如圖8及圖9，僅具有一種類型之週期性結構的「一維」目標沿著各光點內之光譜軸線550。在此實施例中，第一類型之第一組週期性結構係一個照明光點，而第二類型之第二組週期性結構係另一照明光點。然而，有可能在各照明光點中具有兩種或更多種不同類型之週期性結構。另外，在此實例中，第一組中之週期性結構沿著光譜軸線自第一組中之另一週期性結構偏移，且第二組中之週期性結構沿著光譜軸線自第二組中之另一週期性結構偏移，但狀況不必如此。

圖11展示該新配置之另一變型。在此實施例中，存在在同一時間(若間隔在目標502、504之間充分地分開)或在不同時間(但以目標量測產出率為代價)照明度量衡子目標502及504之兩個單獨照明光點31。又，如圖8、圖9及圖10，僅具有一種類型之週期性結構的「一維」目標沿著各光點內之光譜軸線550。在此實施例中，第一類型之第一組週期性結構係一個照明光點，而第二類型之第二組週期性結構係另一照明光點。然而，有可能在各照明光點中具有兩種或更多種不同類型之週期性結構。

因此，圖8至11之目標的共同特徵係沿著其僅存在一種週期性結構類型之特定空間方向。此特徵與圖7之目標區分開，該目標一特定方向具有至少兩種週期性結構類型。因此，儘管可藉由週期性結構之變化實施目標，但該等目標具有沿著特定方向僅具有一種週期性結構類型的辨別性特徵。

有利地，度量衡目標之此新配置可允許例如結合複數個偏振並行地量測具有量測光束特性之諸如複數個波長之兩個不同值或類型的輻射。在一實施例中，此度量衡目標配置可與圖6之檢測裝置一起使用，以使得能夠空間分離量測光束特性之兩個不同值或類型的輻射，以使得可運用量測光束特性之彼等兩個不同值或類型中之每一者處的輻射量測某一參數。具體言之，在一實施例中，色散元件可經配置以在正交於光譜軸線之方向或度量衡目標方向上分散。因此，一維類型之目標可充當檢測裝置之輸入縫隙以實現輻射之空間分散，而不使自不同類型之週期性結構的輻射重疊。在一實施例中且如在下文進一步所描述，諸如圖6之裝置之檢測裝置中的新色散元件(例如，稜鏡或繞射光柵)可沿著光譜軸線在一或多個偵測器上形成「光譜」之堆疊，且因此使得能夠量測量測光束特性之不同值或類型的離散通道(例如，+1繞射階及-1繞射階中之每一者的週期性結構510、520、530、540中之每一者的通道、連同對應於彼8個通道中之每一者之複數個波長的值、及視情況彼等通道中之每一者可在諸如兩個偏振之複數個偏振下以得到16個通道，該16個通道中之每一者具有對應於複數個波長之值)。

參考圖12，示意性地呈現度量衡目標之「一維」配置與具有色散元件之檢測裝置的配合使用。以照明光點31照明在Y方向上具有光譜軸線之「一維」目標500(諸如圖8之目標500)。來自目標500之經重導引輻射由接物鏡1000收集。如所展示，0階、+1階及-1階輻射由接物鏡1000收集；如將瞭解，可俘獲其他繞射階。輻射由一或多個光學元件1010接收到，該一或多個光學元件在此狀況下具有0階區塊以阻擋由接物鏡1000收集到之0階輻射，同時允許+1及-1階輻射通向偵測器。此外，一或多個光學元件1010使+1及-1階發散(在此狀況下，沿著Y軸方向)，以使得可單獨地偵測該等階。在一實施例中，藉由目標500之「一維」配置及由一或多個光學元件1010提供之發散，週期性結構中之每一者可在Y軸方向上空間分離至一或多個偵測器1040(例如，一或多個CCD光偵測器)上，且亦具有來自待沿著Y軸方向空間分離至一或多個偵測器上之彼等週期性結構中之每一者的+1及1-階輻射，如在下文進一步所描述。+1及1-階輻射接著由色散元件1020按波長分散。在此實例中，色散元件1020沿著X軸方向，亦即，正交於光譜軸線之方向，使輻射分散。在此實例中，色散元件1020係光柵且因此使+1輻射繞射成如所展示之0階、+1階及-1階分量，以及使-1輻射繞射成如所展示之0階、+1階及-1階分量。來自色散元件1020之+1、-1階輻射沿著X軸方向空間擴散，但沿著X軸方向具有變化之波長。來自色散元件1020之輻射由光學元件1030(例如，透鏡)導引至一或多個偵測器1040。因此，圖12之光學系統在一或多個偵測器1040上以光學方式形成分佈輸出資料1050之新格式。將在下文描述此分佈1050之細節。

參考圖13，示意性地呈現一或多個偵測器1040(例如，單個偵測器)處之分佈1050。如上文所提及，一或多個光學元件1010及目標500(具有四個經量測週期性結構)之「一維」配置使得能夠產生對應於週期性結構510、520、530、540以及單獨地用於自週期性結構510、520、530、540繞射之+1階及-1階之通道1100至1107。因此，在一實施例中，通道1100可對應於來自週期性結構510之+1階輻射，通道1101可對應於來自週期性結構520之+1階輻射，通道1102可對應於來自週期性結構530之+1階輻射，且通道1103可對應於來自週期性結構540之+1階輻射。類似地，在一實施例中，通道1104可對應於來自週期性結構510之-1階輻射，通道1105可對應於來自週期性結構520之-1階輻射，通道1106可對應於來自週期性結構530之-1階輻射，且通道1107可對應於來自週期性結構540之-1階輻射。如將瞭解，通道之數目取決於來自經量測目標500之繞射階的數目及來自經量測目標500之週期性結構的數目。亦即，通道之數目對應於經量測繞射階之數目乘以經量測週期性結構之數目。因此，2個繞射階(例如，+1及-1)乘以4個週期性結構產生8個通道。

儘管圖13中未展示，但當光學系統提供極化元件以提供單獨類型之偏振時，通道1100至1107中之每一者可乘以由極化元件提供之不同偏振的數目。因此，舉例而言，若極化元件提供兩個偏振(例如，線性X偏振及線性Y偏振)，則將為目標500(具有四個經量測週期性結構)之「一維」配置提供有16個通道--針對第一偏光提供通道1100至1107，且接著針對第二偏光提供另一組通道1100至1107(圖13中未展示)。

另外，對於通道中之每一者，提供複數個波長之分散。在上文呈現之實例中，色散元件1020係光柵且因此使+1輻射繞射成0階、+1 階及-1階分量，以及使-1輻射繞射成如所展示之0階、+1階及-1階分量。來自色散元件1020之+1、-1階輻射沿著X軸方向空間擴散，但沿著X軸方向具有變化之波長。因此，參考圖13，在一實施例中，來自色散元件1020之0階輻射經提供至列1130。因此，來自色散元件1020之對應於來自目標500之+1階輻射的0階輻射經提供至列1130，且來自色散元件1020之對應於來自目標500之-1階輻射的0階輻射亦經提供至列1130。對於來自色散元件1020之對應於來自目標500之+1階輻射及來自目標500之-1階輻射的+1階輻射，將其提供至列1110及1120，列1110及1120中之每一者對應於不同輻射波長。如上文所論述，對應於來自週期性結構510、520、530、540之+1及-1階輻射的輻射將根據上文所描述之通道1100至1107而經提供至列1110及1120之不同部分。類似地，來自色散元件1020之對應於來自目標500之+1階輻射及來自目標500之-1階輻射的+1階輻射經提供至列1140及1150，列1140及1150中之每一者對應於不同輻射波長。如上文所論述，對應於來自週期性結構510、520、530、540之+1及-1階輻射的輻射將根據上文所描述之通道1100至1107而經提供至列1140及1150之不同部分。取決於色散元件1020之組態，列1110之波長比列1120之波長大(或小)，且類似地，列1150之波長比列1140之波長大(或小)。在一實施例中，列1110之波長與列1150之波長大體上相同，且列1120之波長與列1140之波長大體上相同。在一實施例中，在列1100、1120、1140及1150中之每一者處提供離散波長。在一實施例中，分散可形成連續波長光譜，且因此列1100、1120、1140及1150對應於來自連續波長光譜之取樣點。

因此，在一實施例中，圖12之光學系統可在偵測器上以光學方式形成經分佈輸出資料1050的新格式。在目標包含四個週期性結構且量測2個繞射階(例如，+1及-1階)之一實施例中，輸出資料包含依據多波長範圍(例如，例如400至1100nm之寬光譜範圍，或在其內之任何子範圍或兩個或更多個離散波長)中之波長而保持所要OV計算資訊的8行光譜(例如，連續光譜或離散光譜)。在偏振分光器跟著偵測分支之光學光瞳中之色散元件之情況下，可量測兩個或更多個偏振，從而得到得到其他行。舉例而言，對於兩個偏振，可提供16行。當然，如上文所論述，可提供更少或更多行，此取決於經量測週期性結構之所要數目、經量測繞射階之所要數目及/或經量測偏振之所要數目。

列及通道之適當選擇處的強度值可應用於適當公式中以得到所要所關注參數。此係因為強度可應用於方程式(1)至(7)中之如適於到達疊對值的任一者。舉例而言，第一量測輻射波長可係第一量測光束特性且第二量測輻射波長可係第二量測光束特性，且因此來自來自各別通道1100至1107之列1120及/或列1140的強度值可作為第一量測光束特性應用於方程式(3)至(7)，且來自來自各別通道1100至1107之列1110及/或列1150的強度值可作為第二量測光束特性應用於方程式(3)至(7)。在列1120之波長與列1140大體上相同之一實施例中，列1120之強度值與1140之強度值可組合(例如，求和、平均化等等)且作為第一量測光束特性應用於方程式(3)至(7)，且類似地，當列1110之波長與列1150大體上相同時，列1110之強度值與1150之強度值可組合(例如，求和、平均化等等)且作為第二量測光束特性應用於方程式(3)至(7)。

參考圖14，示意性地描繪與例如度量衡目標之「一維」配置組合使用之檢測裝置的另一實施例。類似於圖12之實施例，以照明光點31照明在Y方向上具有光譜軸線之「一維」目標500(諸如圖8之目標 500)。來自目標500之經重導引輻射由接物鏡1000收集。如所展示，0階、+1階及-1階輻射由接物鏡1000收集；如將瞭解，可俘獲其他繞射階。輻射由一或多個光學元件1010接收到，該一或多個光學元件在此狀況下具有0階區塊以阻擋由接物鏡1000收集到之0階輻射，同時允許+1及-1階輻射通向偵測器。一或多個光學元件1010使+1及-1階發散(在此狀況下，沿著Y軸方向)，以使得可單獨地偵測該等階。在一實施例中，藉由目標500之「一維」配置及由一或多個光學元件1010提供之發散，週期性結構中之每一者可在Y軸方向上空間分離至一或多個偵測器1040上，且亦具有來自待沿著Y軸方向空間分離至一或多個偵測器上之彼等週期性結構中之每一者的+1及1-階輻射，如在下文進一步所描述。

+1及1-階輻射接著由色散元件1020按波長分散。在此實例中，色散元件1020沿著X軸方向，亦即，正交於光譜軸線之方向，使輻射分散。在此實例中，色散元件1020係反射性光柵且因此使+1輻射繞射成如所展示之0階、+1階及-1階分量，以及使-1輻射繞射成如所展示之0階、+1階及-1階分量。來自色散元件1020之+1、-1階輻射沿著X軸方向空間擴散，但沿著X軸方向具有變化之波長。

舉例而言，來自色散元件1020之輻射由光學元件1200(例如，摺疊鏡面)及光學元件1030(例如，消色差透鏡)重導向可選偏振分光器1210(例如，偏振稜鏡)及光學元件1220(例如，用以校正例如畸變之場校正透鏡)。偏振分光器1210處理輻射以產生至少兩種不同類型之偏振，且在一實施例中，有助於使得能夠在一或多個偵測器1040處空間分離不同類型之偏振。在一實施例中，光學元件1220(例如，消色差透鏡)有助於使得能夠在一或多個偵測器1040處空間分離不同類型之偏振。如色散元件1020可使用本文中關於色散元件1020所描述之各種移動構件將，偏振分光器1210(及視情況光學元件1220)可移入及移出輻射路徑。

因此，圖14之光學系統在偵測器上之偵測平面處以光學方式形成經分佈輸出資料1050的新格式。上文已描述此分佈1050之一實施例的細節，且現描述其另一實施例。

具體言之，當例如提供偏振分光器1210(具有可選光學元件1220)以將輻射分裂成兩種類型之偏振且目標500包含四個待量測週期性結構時，可提供通道群組1230至1237，其中各通道群組1230至1237包含用於第一偏光之通道/行/線及用於第二偏光之另一通道/行/線，且各通道群組1230至1237包含對應於波長之列(參見例如圖13及其相關聯描述)。另外，通道群組1230至1237中之每一者對應於目標之特定週期性結構，且通道群組1230至1233對應於例如來自目標500之+1階輻射，且通道群組1234至1237對應於例如來自目標500之-1階輻射。因此，可提供16個通道以使得能夠在單次獲取在複數個波長之偏振下(在列中)單獨地量測目標500之四個週期性結構的兩個繞射階。複數個量測結果接著可用於諸如方程式(1)至(7)之適當式中，以使得能夠判定所關注參數(例如，疊對)。

在此實例實施例中，色散元件1020可經移位或旋轉，以使在一個定向上，色散元件1020使得色散元件1020之光柵能夠按波長且通過選擇旋轉角度來使輻射分散，不同波長帶可重導向光學元件1200，且在另一定向上，可實際上切換色散元件1020以如反射鏡行動，且僅將輻射重導向一或多個偵測器1040而不按波長分散。在一實施例中，色散元件1020可移位至光學路徑之外，但輻射仍例如由色散元件1020自一或多個光學元件1010導向一或多個偵測器1040，該色散元件被將一或多個偵測器1040重導向輻射之另一光學元件替換。

當色散元件1020可在檢測裝置內移位、旋轉、位移失位時，檢測裝置之剩餘部分可實際上成為現有檢測裝置。舉例而言，現有檢測裝置可用以分離+1階與-1階輻射，且針對兩個或更多個不同偏振執行此操作。因此，元件1000、1010、1200、1030、1210、1220及1040可係現有裝置，且視情況具有元件1020但元件1020不能夠係色散元件。因此，可以現有方式使用檢測裝置以針對目標之週期性結構中之每一者而量測來自諸如圖7中所展示之目標的輻射。但，當元件1020能夠色散，用作色散元件且與諸如圖8至圖10中所展示之「一維」類型的目標500組合使用時，檢測裝置能夠針對目標之各週期性結構在複數個波長下單獨地量測輻射(連同視情況在提供偏振分光器1210之情況下在複數個偏振中之每一者下單獨地量測輻射)。

因此，可以相對低費用及技術複雜度在現有檢測裝置之佈局中提供能夠在單次獲取中在複數個波長下進行量測之新品質。

參考圖15，呈現包含輻射波長之連續光譜之輸出資料1050的一實施例。在一實施例中，光譜跨越具有選自去之任何子範圍的相對寬光譜範圍，例如自約400nm至1000nm。來自目標500之輻射由色散元件1020分散以產生強度通道I。在此實施例中，強度通道I之數目係依據經量測週期性結構之數目n，且單獨地包括X方向(Px)上之線性偏振的輻射及Y方向(Py)上之線性偏振的輻射(由圖15中未展示之光學元件分離)，且單獨地包括來自由光束點31照明之目標500之繞射階(例如，+1或-1階)的正及負中之每一者的輻射。因此，對於4之數目n，對於2個偏振及正繞射階+1及負繞射階-1，通道I之數目係16。在此實施例中，輸出資料1050僅具有來自色散元件1020光柵之繞射階(例如，+1或-1階)中之一者。在一實施例中，僅來自來自色散元件1020光柵之繞射階(例如，+1或-1階)中之一者的強度用於計算所關注參數。在一實施例中，來自來自色散元件1020光柵之繞射階(例如，+1階及-1階)兩者的強度用於計算所關注參數。在一實施例中，光學配置可用以將來自色散元件1020光柵之繞射階(例如，+1及-1階)的輻射接合在一起，以便在一或多個偵測器1040上在大體上相同的光點處一起照明該等繞射階以使得可自彼光點取得讀數。在一實施例中，來自強度通道I中之每一者的第一組讀數可沿著各別強度通道I在一個波長下取得且作為諸如方程式(3)至(7)之所關注參數方程式中之第一量測光束特性而用作一組強度值，且來自強度通道I中之每一者的第二組讀數可沿著各別強度通道I在另一波長下取得且作為諸如方程式(3)至(7)之所關注參數方程式中之第二量測光束特性而用作一組強度值，以便得到所關注參數。

因此，本文中所描述之新高光譜方法及裝置允許在一次量測值獲取中獲得關於評估下之基板堆疊的顯著更多資料以獲得所關注參數之更準確判定。可以最少投資且使用現有裝置來完成此技術及裝置之實施方案。此外，根據允許其中實施高光譜方法及裝置之現有裝置仍能夠根據其先前方法而進行量測(例如，量測兩個繞射階(視情況在不同偏振下)、在後續量測中在不同波長下量測兩個繞射階等等)，其可實現回溯相容性，可例如藉由在零階(例如，色散光柵完全反射以免提供分散之位置)定向與第一階(例如，色散光柵使輻射繞射以提供分散之位置)定向之間旋轉色散元件繞射光柵來進行該先前方法。亦即，在一實施例中，藉由針對檢測裝置之現有過程而使用來自繞射光柵(例如，圖14中之色散元件1020)之零階繞射，可藉由回溯相容性實施高光譜功能性。或者，可藉由在例如翻轉座架中使用可拆卸式色散元件(例如，高度色散稜鏡、繞射光柵或兩者之組合稱為GRISM))來保持回溯相容性。當需要高光譜量測時，翻轉座架用以將稜鏡插入於偵測路徑中；否則，檢測裝置之規則功能性可用。

在一實施例中，偏振分光器與色散元件可在一個光學元件中組合在一起或在光學元件之一個單元中組合。在一實施例中，偏振分光器與色散元件之組合可移動至檢測裝置之光學路徑中或之外。

在一實施例中，照明光點可係非圓形的。舉例而言，照明光點可具有大體上矩形之形狀以有助於改良自來自基板上之其他圖案的光學雜訊偵測所關注參數信號的能力。

在一實施例中，波長範圍可由寬頻輻射源提供。在一實施例中，輻射光束之波長範圍限於選自某一範圍(例如，選自約400nm至900nm之範圍)的兩個或更多個波長。另外，可如上文所描述而提供使用例如如上文所描述之偏振器之輻射光束的一些不同偏振，及/或可使用例如如上文所描述之複數個不同孔徑來提供各種照明形狀。

在一實施例中，檢測裝置之所關注參數量測生產率可提高N倍，其中N係待量測之量測光束波長的數目(其中N選自2至120之範圍，此取決於基板堆疊、所關注參數等等)。

在一實施例中，「一維」目標與檢測裝置之現有類型的目標具有大致相同之區域。因此，在一實施例中，「一維」目標不需要基板上之更多空間，但可與檢測裝置之現有目標累積相同所關注參數資料。但在「一維」目標、其量測方法及相關聯之情況下，「一維」目標可允許自相對廣泛光譜帶及可選偏振進行並行波長量測。可以低投資及低技術複雜度在現有檢測裝置之佈局中此等新品質。

因此，在一實施例中，新方法與設計組合地產生新特徵：其允許沿著偵測器系統之一個軸線(例如，光譜軸線)量測光譜資訊(例如，持續地或離散地)。檢測裝置之新光學設計中的此新特徵可建構於現有檢測裝置中，且可對產生具有介於約400nm至約1000nm範圍內之複數個波長(例如，諸如寬頻光之波長的連續光譜)之照明光束的輻射源起作用，且在一次獲取中處理來自所有所要波長之資訊。

為了啟用此新特徵，在一實施例中，新度量衡目標(例如，疊對度量衡目標之結構)配備有與檢測裝置偵測分支之幾何及實體屬性且特定言之與一或多個新引入之光學元件之定向對準的結構，以使得能夠量測不同光束特性，亦即，色散元件及/或偏振元件。結果，可藉由並行地量測具有關於複數個不同量測光束特性(例如，不同波長)下之所關注參數之資訊的輻射來判定所關注參數。因此，可在單次獲取中獲得複數個量測光束特性以允許增大量測製程之生產率以及提高製程強健性及準確性。在一實施例中，現有檢測裝置可以對光學佈局之最小修改(此可例如降低開發及製造成本)使用用於實現對不同量測特性之並行量測的光學系統。另外，在一實施例中，可仍在現有檢測裝置中引入新高光譜特徵，以實現可供用於現有檢測裝置之量測技術的回溯相容性。

因此，量測方法之新參數及檢測裝置之偵測分支之新光學佈局的實施方案允許更高效能等級、更大生產率、更大製程強健性(尤其對於不透明堆疊)及/或更大量測準確性。

在一實施例中，該光學元件包含一色散元件且一或多個輻射特性之該複數個不同值或類型包含複數個不同波長。在一實施例中，該光學元件包含一偏振元件，且其中一或多個輻射特性之該複數個不同值或類型包含複數個不同偏振。在一實施例中，該光學元件可移入及移出該繞射輻射之光學路徑，或經組態以變換以便允許該繞射輻射通過而不分離。在一實施例中，該度量衡目標包含複數個不同類型之週期性結構，且其中在該檢測裝置之一照明光點內，沿著該光點內之一特定方向僅存在一種類型之週期性結構。在一實施例中，該等部分配置於複數個線中，其中沿著該等線中之每一者的部分對應於該一或多個輻射特性之不同值或類型，且其中該等線對應於該目標之不同結構。在一實施例中，該一或多個輻射特性包含輻射波長。在一實施例中，該等線中之一些進一步係關於一第一類型之偏振且其他線中之一些進一步係關於一第二類型之偏振。在一實施例中，該光學元件可在該輻射之一光學路徑內移動或可移入及移出該光學路徑。

在一實施例中，一或多個輻射特性之該複數個不同值或類型包含複數個不同波長。在一實施例中，一或多個輻射特性之該複數個不同值或類型包含複數個不同偏振。在一實施例中，該方法包含以一照明光束光點照明該度量衡目標，其中該度量衡目標包含複數個不同類型之週期性結構，且其中在該光點內，沿著該光點內之一特定方向僅存在一種類型之週期性結構。在一實施例中，該等部分配置於複數個線中，其中沿著該等線中之每一者的部分對應於該一或多個輻射特性之該等不同值或類型，且其中該等線對應於該目標之不同結構。在一實施例中，該等線中之一些進一步係關於一第一類型之偏振且其他線中之一些進一步係關於一第二類型之偏振。

在一實施例中，該接收輻射具有正及負繞射階輻射，且進一步包含將該接收到之輻射分離成對應於該正繞射階及該負繞射階之部分。在一實施例中，一或多個輻射特性之該複數個不同值或類型包含複數個不同波長。在一實施例中，一或多個輻射特性之該複數個不同值或類型包含複數個不同偏振。在一實施例中，該等部分配置於複數個線中，其中沿著該等線中之每一者的部分對應於該一或多個輻射特性之該等不同值或類型，且其中該等線對應於該目標之不同週期性結構。在一實施例中，該等線中之一些進一步係關於一第一類型之偏振且其他線中之一些進一步係關於一第二類型之偏振。

可以使用以下條項來進一步描述實施例：

1.一種檢測裝置，其包含：一接物鏡，其經組態以自一度量衡目標接收具有正及負繞射階輻射的繞射輻射；一光學元件，其經組態以將該繞射輻射分離成單獨地對應於一或多個輻射特性之複數個不同值或類型中之每一者且單獨地對應於該正繞射階及該負繞射階之部分；及一偵測器系統，其經組態以單獨且同時地量測該等部分。

2.如條項1之檢測裝置，其中該光學元件包含一色散元件且一或多個輻射特性之該複數個不同值或類型包含複數個不同波長。

3.如條項1或條項2之檢測裝置，其中該光學元件包含一偏振元件，且其中一或多個輻射特性之該複數個不同值或類型包含複數個不同偏振。

4.如條項1至3中任一項之檢測裝置，其中該光學元件可移入及移出該繞射輻射之一光學路徑，或經組態以變換以便允許該繞射輻射通過而不分離。

5.如條項1至4中任一項之檢測裝置，其中該度量衡目標包含複數個不同類型之週期性結構，且其中在該檢測裝置之一照明光點內，沿著該光點內之一特定方向僅存在一種類型之週期性結構。

6.如條項1至5中任一項之檢測裝置，其中該等部分配置於複數個線中，其中沿著該等線中之每一者的部分對應於該一或多個輻射特性之不同值或類型，且其中該等線對應於該目標之不同結構。

7.如條項6之檢測裝置，其中該一或多個輻射特性包含輻射波長。

8.如條項6或條項7之檢測裝置，其中該等線中之一些進一步係關於一第一類型之偏振且其他線中之一些進一步係關於一第二類型之偏振。

9.如條項1至8中任一項之檢測裝置，其中該光學元件可在該輻射之一光學路徑內移動或可移入及移出該光學路徑。

10.一種方法，其包含：自一度量衡目標接收具有正及負繞射階輻射之繞射輻射；將該繞射輻射分離成對應於一或多個輻射特性之複數個不同值或類型中之每一者且對應於該正繞射階及該負繞射階之部分；及單獨且同時地量測該等部分。

11.如條項10之方法，其中一或多個輻射特性之該複數個不同值或類型包含複數個不同波長。

12.如條項10或條項11之方法，其中一或多個輻射特性之該複數個不同值或類型包含複數個不同偏振。

13.如條項10至12中任一項之方法，其包含以一照明光束光點照明該度量衡目標，其中該度量衡目標包含複數個不同類型之週期性結構，且其中在該光點內，沿著該光點內之一特定方向僅存在一種類型之週期性結構。

14.如條項10至13中任一項之方法，其中該等部分配置於複數個線中，其中沿著該等線中之每一者的部分對應於該一或多個輻射特性之該等不同值或類型，且其中該等線對應於該目標之不同結構。

15.如條項14之方法，其中該等線中之一些進一步係關於一第一類型之偏振且其他線中之一些進一步係關於一第二類型之偏振。

16.一種方法，其包含：以一照明光束光點照明一度量衡目標，其中該度量衡目標包含複數個不同類型之週期性結構，且其中在該光點內，沿著該光點內之一特定方向僅存在一種類型之週期性結構；自該度量衡目標接收輻射；及將該接收之輻射分離成對應於一或多個輻射特性之複數個不同值或類型中之每一者的部分。

17.如條項16之方法，其中該接收輻射具有正及負繞射階輻射，且進一步包含將該接收到之輻射分離成對應於該正繞射階及該負繞射階之部分。

18.如條項16或條項17之方法，其中一或多個輻射特性之該複數個不同值或類型包含複數個不同波長。

19.如條項16至18中任一項之方法，其中一或多個輻射特性之該複數個不同值或類型包含複數個不同偏振。

20.如條項16至19中任一項之方法，其中該等部分配置於複數個線中，其中沿著該等線中之每一者的部分對應於該一或多個輻射特性之該等不同值或類型，且其中該等線對應於該目標之不同週期性結構。

21.如條項20之方法，其中該等線中之一些進一步係關於一第一類型之偏振且其他線中之一些進一步係關於一第二類型之偏振。

22.一種電腦程式產品，其包含其上記錄有指令之一電腦非暫時性可讀媒體，該等指令在由一電腦執行時實施如條項10至21中任一項之方法。

23.一種系統，其包含：一硬體處理器系統；及一非暫時性電腦可讀儲存媒體，其經組態以儲存機器可讀指令，其中該等機器可讀指令在經執行時使得該硬體處理器系統執行如條項10至21中任一項之方法。

24.一種用於量測一圖案化製程之一物件的度量衡裝置，該度量衡裝置經組態以執行如條項10至21中任一項之方法。

25.一種系統，其包含：一度量衡裝置，其經組態以將一輻射光束提供至一物件表面上且偵測由該物件表面上之結構重導向之輻射；及如條項22之電腦程式產品。

26.如條項25之系統，其進一步包含一微影裝置，該微影裝置包含經組態以固持一圖案化器件以調變一輻射光束之一支撐結構及經配置以將該經調變輻射光束投影至一輻射敏感基板上之一投影光學系統，其中該物件係該基板且該微影裝置經組態以基於使用該度量衡裝置及該電腦程式產品獲得之資訊而控制該微影裝置之一設定。

儘管關於第±1繞射階描述本發明之一實施例，但可使用諸如第±2、第±3、第±4等繞射階之高階繞射來應用本發明之一實施例。

本文中已關於以繞射為基礎之度量衡而描述實施例，該以繞射為基礎之度量衡例如自來自繞射階之強度量測重疊週期性結構之相對位置。然而，本文中之實施例可在需要時具有適當修改的情況下經應用至以影像為基礎之度量衡，該以影像為基礎之度量衡例如使用目標之高品質影像來量測自層1中之目標1至層2中之目標2之相對位置。通常此等目標為週期性結構或「盒」(盒中盒(Box-in-Box，BiB))。

儘管上文可特定地參考在度量衡及光學微影之上下文中對實施例之使用，但應瞭解，實施例可用於其他應用，例如，壓印微影中，且在上下文允許的情況下並不限於光學微影。在壓印微影中，圖案化器件中之構形(topography)界定產生於基板上之圖案。可將圖案化器件之構形壓入至被供應至基板之抗蝕劑層中，在基板上，抗蝕劑係藉由施加電磁輻射、熱、壓力或其組合而固化。在抗蝕劑被固化之後將圖案化器件移出抗蝕劑，從而在其中留下圖案。

本文所使用之術語「輻射」及「光束」涵蓋所有類型電磁輻射，包括紫外(ultraviolet，UV)輻射(例如，具有係或約365、355、248、193、157或126nm之波長)及極紫外(extreme ultra-violet，EUV)輻射(例如，具有介於5至20nm之範圍內的波長)、粒子束，諸如離子束或電子束。

術語「透鏡」在內容背景允許之情況下可指各種類型之光學組件(包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件)中之任一者或組合。

對特定實施例之前述描述揭示本發明之實施例之一般性質，使得在不脫離本發明之一般概念的情況下，其他人可藉由應用此項技術之技能範圍內之知識針對各種應用而容易地修改及/或調適此等特定實施例，而無需進行不當實驗。因此，基於本文中所呈現之教示及導引，此等調適及修改意欲在所揭示實施例之等效者的涵義及範圍內。應理解，本文中之措詞或術語係出於作為實例進行描述而非限制之目的，使得本說明書之術語或措辭應由熟習此項技術者鑒於該等教示及該指導進行解譯。

本發明之廣度及範疇不應受上述例示性實施例中之任一者限制，而應僅根據以下申請專利範圍及其等效者進行界定。