本申请要求于2015年10月9日提交的ep申请15189237.9的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本说明书涉及用于根据从量测目标捕获的测量辐射分布确定感兴趣参数的方法和设备。
背景技术：
光刻设备是将期望的图案施加到衬底(通常施加到衬底的目标部分)上的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(ic)的制造。在这种情况下，备选地称为掩模或掩模版的图案形成装置可以用于生成待形成在ic的单独层上的电路图案。该图案可以被转印到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括裸片的一部分、一个或多个裸片)上。通常经由成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来转印图案。通常，单个衬底将包含相继被图案化的相邻目标部分的网络。已知的光刻设备包括：所谓的步进器，在所谓的步进器中，通过将整个图案一次曝光到目标部分上来照射每个目标部分；以及所谓的扫描器，在所谓的扫描器中，通过辐射束在给定方向(“扫描”方向)上扫描图案、同时在平行或反平行于该方向的方向上同步扫描衬底来照射每个目标部分。通过将图案压印到衬底上，也可以将图案从图案形成装置转印到衬底上。
为了监测光刻工艺(即，涉及光刻的器件制造过程，包括例如抗蚀剂处理、蚀刻、显影、烘烤等)的一个或多个步骤，检查经图案化的衬底并测量经图案化的衬底的一个或多个参数。一个或多个参数可以包括例如在经图案化的衬底中或上形成的相继层之间的套刻误差和/或经显影的光致抗蚀剂和/或经蚀刻和沉积的结构的临界尺寸(例如，线宽)。可以在产品衬底本身的目标上和/或在设置于衬底上的专用量测目标上执行该测量。存在用于对在光刻工艺中形成的微观结构进行测量的多种技术(包括使用扫描电子显微镜和/或各种专用工具)。
快速和非侵入形式的专用检查工具是散射仪，在散射仪中，辐射束被引导到衬底上的目标上，并且对经散射和/或反射(或更一般地经重新定向)的射束的性质进行测量。通过对射束的在其从衬底被重新定向之前和之后的一个或多个性质进行比较，可以确定衬底的一个或多个性质(例如，其层的一个或多个层的性质，以及形成在一个或多个层中的一个或多个结构的性质)。两个主要类型的散射仪是已知的。光谱散射仪将宽带辐射束引导到衬底上，并测量被重新定向到特定窄角度范围内的辐射的光谱(强度根据波长变化)。角分辨散射仪使用单色辐射束，并根据角度来测量经重新定向的辐射的强度。
散射测量的特定应用是测量周期性目标内的特征不对称性。例如，这可以用作套刻误差的测量，但其他应用也是已知的。在角分辨散射仪中，可以通过比较衍射光谱的相对部分(例如，比较周期性光栅的衍射光谱中的-1阶和+1阶)来测量不对称性。如例如在美国专利申请公开us2006-066855中所描述的，这可以简单地在角分辨散射测量中完成。
技术实现要素：
随着光刻处理中物理尺寸的减小，需要例如提高测量准确度/精确度和/或减小专用于量测的目标所占据的空间。通过依次使用-1和+1阶辐射取得目标的单独图像，已经设计基于图像的散射测量来允许使用更小的目标。在公开的美国专利申请公开号us2011-0027704、us2011-0043791和us2012-0044470中描述了这种基于图像的技术的示例，这些美国专利申请公开的全部内容通过引用并入本文。
然而，对进一步减小目标尺寸和提高准确度/精确度的需求仍在继续存在，并且现有技术遭受使得其难以保持准确度/精确度和/或减小目标尺寸的各种约束。改进检查和测量技术的另一方式是使用固体浸没式透镜(sil)作为最靠近目标表面(例如，衬底)的光学元件。sil与目标表面(例如，衬底)的极端接近导致大于1的非常高的有效数值孔径(na)。使用具有该sil的非相干或相干辐射源允许检查非常小的目标。
为了利用增加的数值孔径，sil和目标表面之间的间隙应被设定为期望的值。例如，间隙可以在λ/40至λ/8(其中λ是测量辐射的波长)的范围内(例如，在10-100nm或10-50nm的范围内)，以使sil与目标表面有效光学接触。示例光学间隙测量方法和设备可以涉及检测高数值孔径元件中的偏振的交叉分量。交叉偏振的信号然后由检测器记录，并且可以用作间隙控制过程中的输入参数。在另一示例中，可以通过参考所反射的激光辐射强度来控制间隙。可以理解，可以使用其他方法和设备来获得表示间隙(例如，表示其尺寸或其从标称尺寸的变化)的信号。
不管检测方法如何，sil(或其他部件)与目标(或其他表面)之间的间隙应当通常通过相关联的致动器和控制系统，被建立并保持在期望的间隙距离处或距离范围内。这是因为从由目标重新定向的辐射导出并使用sil(或其他光学耦合部件)获得的测量数据(例如，强度数据、图像等)取决于间隙以及任何感兴趣的参数(例如，目标图案的一部分的高度、目标图案的一部分的宽度、目标图案的一个或多个不同层的厚度等)，并且在数据获取期间，可以在假设基本恒定的间隙距离的情况下根据测量数据来重建间隙距离本身。
在一个实施例中，提供了一种方法，包括：获得由目标重新定向的测量辐射的多个辐射分布，多个辐射分布中的每个辐射分布在目标和测量设备的光学元件之间的不同间隙距离处被获得，光学元件是用于向目标提供测量辐射的、距离目标最近的光学元件；以及结合描述测量目标的数学模型，使用多个辐射分布的数据来确定与目标有关的参数。
在一个实施例中，利用不同的相应测量射束波长获得辐射分布中的至少两个辐射分布。在一个实施例中，利用不同的相应测量射束偏振来获得辐射分布中的至少两个辐射分布。在一个实施例中，至少部分地在目标和光学元件之间的相对运动期间，获得多个辐射分布。在一个实施例中，光学元件包括固体浸没式透镜。在一个实施例中，辐射分布是角分辨检测的辐射分布。在一个实施例中，参数包括从以下项中选择的至少一项：目标的特征的临界尺寸、用于打印目标的辐射焦点、用于打印目标的辐射剂量、套刻和/或对准。在一个实施例中，获得多个辐射分布包括：使用光学元件利用辐射来照射目标；以及使用检测器来测量由目标重新定向的辐射。在一个实施例中，目标包括基准件，并且参数包括在模型中的针对光学元件的表面的粗糙度的有效介质近似的参数。在一个实施例中，确定参数包括目标重建。在一个实施例中，确定参数包括：使辐射分布的数据与使用模型确定的相应不同间隙距离处的对应辐射分布的数据之间的差值最小化。在一个实施例中，数学模型包括表示目标的周期性结构的周期的单位单元模型。在一个实施例中，方法包括针对每个辐射分布的单独的单位单元模型，每个单位单元具有目标的相同的浮动参数集合以及对于每个单位单元不同的浮动间隙距离参数。在一个实施例中，测量设备具有大于1的数值孔径。在一个实施例中，光学元件是位于目标和物镜之间的透明光学元件，物镜具有小于或等于1的数值孔径。在一个实施例中，光学元件包括部分透明且部分反射的涂层。
在一个实施例中，提供了一种制造器件的方法，其中使用光刻工艺来将器件图案施加到衬底系列，方法包括：使用本文中权利要求所述的方法，检查在衬底中的至少一个衬底上形成为器件图案的一部分或形成在器件图案旁边的至少一个目标，以及根据方法的参数针对后续衬底控制光刻工艺。
在一个实施例中，提供了一种非瞬态计算机程序产品，包括用于使处理器执行本文的方法的机器可读指令。
在一个实施例中，提供了一种系统，包括：检查设备，被配置为在衬底上的测量目标上提供射束，并检测由目标重新定向的辐射以确定光刻工艺的参数；以及如本文所述的非瞬态计算机程序产品。在一个实施例中，系统还包括光刻设备，光刻设备包括支撑结构以及投影光学系统，支撑结构被配置为保持图案形成装置以调制辐射束，投影光学系统被布置为将经调制的辐射束投影到辐射敏感衬底上。
附图说明
现在将参考附图仅以示例的方式来描述实施例，其中：
图1示意性地描绘了光刻设备的实施例；
图2示意性地描绘了光刻单元或簇的实施例；
图3示意性地描绘了示例检查设备和量测技术；
图4示意性地描绘了示例检查设备；
图5图示了检查设备的照射斑点与量测目标之间的关系；
图6描绘了包括固体浸没式透镜(sil)的示例检查设备；
图7描绘了检查设备的特定部件相对于目标表面的示意图；
图8描绘了检查设备的各种特定部件相对于目标表面的相对定位的各个设定点的示意图；
图9示意性地描绘了基于测量数据导出感兴趣参数的过程；
图10示意性地描绘了目标的周期性结构的特征的示例单位单元模型；以及
图11示意性地描绘了基于使用sil获得的测量数据来导出目标的或多个感兴趣参数的过程的流程图。
贯穿附图，相同的附图标记指代相同的部件。
具体实施方式
在详细描述实施例之前，提供可以在其中实现实施例的示例环境是有益的。
图1示意性地描绘了光刻设备la。设备包括：
-照射系统(照射器)il，被配置为调节辐射束b(例如，uv辐射、duv辐射或euv辐射)；
-支撑结构(例如，掩模台)mt，被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模)ma并连接到第一定位器pm，第一定位器pm被配置为根据某些参数将图案形成装置精确地定位；
-衬底台(例如，晶片台)wt，被构造为保持衬底(例如，涂布抗蚀剂的晶片)w并连接到第二定位器pw，第二定位器pw被配置为根据某些参数将衬底精确地定位；以及
-投影系统(例如，折射式投影透镜系统)ps，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，包括一个或多个裸片)上，投影系统被支撑在参考框架(rf)上。
照射系统可以包括用于对辐射进行引导、成形或控制的各种类型的光学部件(例如，折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其他类型的光学部件、或其任何组合)。
支撑结构以取决于图案形成装置的取向、光刻设备的设计以及其他条件(例如，图案形成装置是否被保持在真空环境中)的方式来支撑图案形成装置。支撑结构可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术来保持图案形成装置。支撑结构可以是例如框架或台(可以根据需要是固定的或移动的)。支撑结构可以确保图案形成装置例如相对于投影系统处于期望的位置处。本文中术语“掩模版”或“掩模”的任何使用可以被认为与更通用的术语“图案形成装置”同义。
本文中所使用的术语“图案形成装置”应被广义地解释为指代可以用于在辐射束的截面中将图案赋予辐射束、以在衬底的目标部分中创建图案的任何装置。应注意，赋予辐射束的图案可能不完全对应于衬底的目标部分中的期望图案，例如在图案包括相移特征或所谓的辅助特征的情况下。通常，赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中创建的器件中的特定功能层(例如，集成电路)。
图案形成装置可以是透射式或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程lcd面板。掩模在光刻中是众所周知的，并且包括诸如二元、交替相移和衰减相移的掩模类型以及各种混合式掩模类型。可编程反射镜阵列的一个示例采用小反射镜的矩阵布置，小反射镜中的每一个都可以单独地倾斜，以在不同方向上对入射的辐射束进行反射。倾斜的反射镜在由反射镜矩阵反射的辐射束中赋予图案。
本文中所使用的术语“投影系统”应被广义地解释为包括任何类型的投影系统，根据所使用的曝光辐射、或其他因素(例如，使用浸没液体或使用真空)，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统、或其任何组合。本文中术语“投影透镜”的任何使用可以被认为与更通用的术语“投影系统”同义。
如这里所描述的，设备是透射类型的(例如，采用透射型掩模)。备选地，设备可以是反射类型的(例如，采用如上所述的类型的可编程反射镜阵列或采用反射型掩模)。
光刻设备可以是具有两个(双平台)或更多个台(例如，两个或更多个衬底台wta、wtb、两个或更多个图案形成装置台，在没有专用于例如便于测量和/或清洁等的衬底的情况下，投影系统下方的衬底台wta和台wtb)的类型。在这样的“多平台”机器中，可以并行使用附加的台，或者可以在一个或多个台上执行预备步骤，同时使用一个或多个其他台来进行曝光。例如，可以使用对准传感器as进行对准测量和/或使用调平传感器ls进行调平(高度、倾斜等)测量。
光刻设备也可以是如下类型，其中衬底的至少一部分可以被具有相对高折射率的液体(例如，水)覆盖，以填充投影系统和衬底之间的空间。浸没液体也可以应用于光刻设备中的其他空间(例如，图案形成装置和投影系统之间的空间)。浸没技术可以用于增加投影系统的数值孔径在现有技术中是公知的。本文所使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底的结构必须浸入液体中，而仅意味着在曝光期间，液体位于投影系统和衬底之间。
参考图1，照射器il从辐射源so接收辐射束。例如当源是准分子激光器时，源和光刻设备可以是分离的实体。在这样的情况下，源不被认为形成光刻设备的一部分，并且借助于射束传递系统bd，辐射束从源so被传递到照射器il，射束传递系统bd包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器。在其他情况下，例如，当源是汞灯时，源可以是光刻设备的组成部分。源so和照射器il连同射束传递系统bd(根据需要)可以被称为辐射系统。
照射器il可以包括被配置为调节辐射束的角度强度分布的调节器ad。通常，可以调节照射器的光瞳平面中的强度分布的至少外径向范围和/或内径向范围(通常被分别称为σ-外和σ-内)。另外，照射器il可以包括诸如积分器in和聚光器co的各种其他部件。照射器可以用于调节辐射束，以在其截面中具有期望的均匀性和强度分布。
辐射束b入射在被保持在支撑结构(例如，掩模台)mt上的图案形成装置(例如，掩模)ma上，并被图案形成装置图案化。穿过图案形成装置ma之后，辐射束b穿过投影系统pl，投影系统pl将射束聚焦到衬底w的目标部分c上。借助于第二定位器pw和位置传感器if(例如，干涉量测装置、线性编码器、2-d编码器或电容式传感器)，可以精确地移动衬底台wt，例如以将不同的目标部分c定位在辐射束b的路径中。类似地，例如在从掩模库机械获取之后或在扫描期间，第一定位器pm和另一位置传感器(在图1中未明确描绘)可以被用于相对于辐射束b的路径来将图案形成装置ma精确定位。通常，可以借助于形成第一定位器pm的一部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精细定位)来实现支撑结构mt的移动。类似地，可以使用形成第二定位器pw的一部分的长行程模块和短行程模块来实现衬底台wt的移动。在步进器的情况下(与扫描器相反)，支撑结构mt可以仅连接到短行程致动器，或者可以被固定。可以使用图案形成装置对准标记m1、m2和衬底对准标记p1、p2来将图案形成装置ma和衬底w对准。尽管如图所示的衬底对准标记占据专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中(这些被称为划道对准标记)。类似地，在图案形成装置ma上设置有多于一个裸片的情况下，图案形成装置对准标记可位于裸片之间。
所描绘的设备可以用于以下模式中的至少一个：
1.在步进模式中，支撑结构mt和衬底台wt保持基本静止，同时赋予辐射束的整个图案被一次投影到目标部分c上(即，单次静态曝光)。然后衬底台wt沿x和/或y方向移位，使得可以将不同的目标部分c曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单次静态曝光中成像的目标部分c的尺寸。
2.在扫描模式中，同步扫描支撑结构mt和衬底台wt，同时将赋予辐射束的图案投影到目标部分c上(即，单次动态曝光)。可以通过投影系统pl的(缩小)放大率和图像反转特性来确定衬底台wt相对于支撑结构mt的速度和方向。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单次动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度确定了目标部分的高度(在扫描方向上)。
3.在另一模式中，保持可编程图案形成装置的支撑结构mt被保持为基本静止，并且在赋予辐射束的图案被投影到目标部分c上的同时移动或扫描衬底台wt。在该模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在衬底台wt的每次移动之后或在扫描期间的相继辐射脉冲之间，根据需要将可编程图案形成装置更新。该操作模式可以容易地应用于利用可编程图案形成装置(例如，上述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻。
还可以采用上述使用模式的组合和/或变形或完全不同的使用模式。
如图2所示，光刻设备la可以形成光刻单元lc的一部分，光刻单元lc有时也被称为光刻单元或簇，光刻单元lc还包括在衬底上执行曝光前和曝光后处理的设备。常规地，这些设备包括用于沉积一个或多个抗蚀剂层的一个或多个旋涂器sc、用于将经曝光的抗蚀剂显影的一个或多个显影器de、一个或多个激冷板ch和/或一个或多个烘烤板bk。衬底处理器或机器人ro从输入/输出端口i/o1、i/o2拾取一个或多个衬底、在不同处理设备之间移动衬底并将衬底输送到光刻设备的进料台lb。通常统称为轨道的这些设备处于轨道控制单元tcu的控制下，轨道控制单元tcu本身由管理控制系统scs控制，管理控制系统scs也经由光刻控制单元lacu来控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备，以使吞吐量和处理效率最大化。
为了使由光刻设备曝光的衬底被正确且一致地曝光，需要检查经曝光的衬底，以测量一个或多个性质(例如，后续层之间的套刻误差、线厚度、临界尺寸(cd)等)。因此，光刻单元lc所处的制造设备通常还包括量测系统met，量测系统met接收已在光刻单元中被处理的一些或全部衬底w。量测系统met可以是光刻单元lc的一部分，例如量测系统met可以是光刻设备la的一部分。
可以向管理控制系统scs直接或间接提供量测结果。如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光和/或经曝光的衬底的后续曝光进行调整(特别是在可以快速且足够快地完成检查以使得该批次的一个或多个其他衬底仍然将要被曝光的情况下)。此外，可以将经曝光的衬底剥离且返工来提高产量，或将经曝光的衬底丢弃，由此避免在已知有缺陷的衬底上执行进一步处理。在仅衬底的一些目标部分有缺陷的情况下，可以仅在良好的那些目标部分上执行进一步的曝光。
在量测系统met内，使用检查设备来确定衬底的一个或多个性质，并且特别地，确定不同衬底的一个或多个性质如何变化或者同一衬底的不同层如何在层与层之间变化。检查设备可以被集成到光刻设备la或光刻单元lc中，或者可以是独立装置。为了能够快速测量，期望检查设备在曝光之后立即测量经曝光的抗蚀剂层中的一个或多个性质。然而，抗蚀剂中的潜像具有低对比度(在已曝光于辐射的抗蚀剂部分和未曝光于辐射的抗蚀剂部分之间，折射率仅具有非常小的差异)并且并非所有检查设备具有足够的灵敏度来对潜像进行有用的测量。因此，可以在曝光后烘烤步骤(peb)之后进行测量，曝光后烘烤步骤(peb)通常是在经曝光的衬底上进行的第一步骤，并且增加了抗蚀剂的曝光部分和未曝光部分之间的对比度。在该阶段，抗蚀剂中的图像可以被称为半潜像。还可以对经显影的抗蚀剂图像进行测量(在此时已移除抗蚀剂的曝光部分或未曝光部分或者在诸如蚀刻的图案转印步骤之后)。后一种可能性限制了对具有缺陷的衬底进行返工的可能性，但仍可提供有用的信息。
图3描绘了示例检查设备(例如，散射仪)。其包括宽带(白光)辐射投影仪2，宽带辐射投影仪2将辐射投射到例如位于衬底w上的目标上。经反射的辐射被传递到光谱仪检测器4，光谱仪检测器4测量镜面反射辐射的光谱10(根据波长变化的强度)，例如在图中左下方所示的。根据该数据，例如通过严格耦合波分析和非线性回归或通过与图3右下方所示的模拟光谱库进行比较，可以由处理器pu重建产生所检测的光谱的结构或分布。一般地，对于重建，结构的整体形式是已知的，并且根据制造结构的工艺的知识来假设一些参数，只留下待根据所测量的数据确定的一些结构参数。这样的检查设备可以被配置为法向入射检查设备或斜入式检查设备。
图4中示出了可以使用的另一检查设备。在该设备中，由辐射源2发射的辐射使用透镜系统12进行准直并且被传输穿过干涉滤光器13和偏振器17、由部分反射表面16反射并且经由具有高数值孔径(na)(期望至少0.9或至少0.95)的物镜15聚焦到例如衬底w上的目标30上的斑点s中。浸没式检查设备(使用诸如水的相对高折射率的流体或位于目标附近的高折射率固体)甚至可具有大于1的数值孔径。
如在光刻设备la中，可以提供一个或多个衬底台，以在测量操作期间保持衬底w。衬底台可以与图1的衬底台wta、wtb在形式上类似或相同。在检查设备与光刻设备集成的示例中，它们甚至可以是相同的衬底台。可以向第二定位器pw提供粗略定位器和精细定位器，第二定位器pw被配置为相对于测量光学系统将衬底精确定位。提供各种传感器和致动器，例如以获取感兴趣的目标的位置，并将其置于物镜15下方的位置中。通常，将在跨越衬底w的不同位置处对目标进行许多测量。可以在x和y方向上移动衬底支撑件，以获取不同的目标，并在z方向上移动衬底支撑件，以获得目标相对于光学系统焦点的期望位置。例如，当实际上光学系统可以保持基本静止(通常在x和y方向上，但也许也可以在z方向上)并且仅衬底移动时，方便考虑并描述就像将物镜相对于衬底置于不同位置的操作。只要衬底和光学系统的相对位置是正确的，原则上在真实世界中衬底和光学系统中的哪一个移动、或者两者都在移动、或者光学系统的一部分的组合移动(例如，在z和/或倾斜方向上)而光学系统的其余部分静止、以及衬底移动(例如，在x和y方向上，但也可选地在z和/或倾斜方向上)是无关紧要的。
由目标重新定向的辐射然后穿过部分反射表面16进入检测器18中，以检测光谱。检测器18可以位于后投影焦平面11处(即，在透镜系统15的焦距处)，或者可以利用辅助光学器件(未示出)将平面11重新成像到检测器18上。检测器18可以是二维检测器，使得可以测量目标30的二维角散射光谱。检测器18可以是例如ccd或cmos传感器的阵列，并且可以使应用实例如每帧40毫秒的积分时间。
例如，可以使用参考射束来测量入射辐射的强度。为此，当辐射束入射到部分反射表面16上时，辐射束的一部分被传输穿过部分反射表面16作为朝向参考反射镜14的参考射束。然后，参考射束被投射到相同检测器18的不同部分上或备选地投射到不同的检测器(未示出)上。
一个或多个干涉滤光器13可用于在例如405-790nm或甚至更低(例如，200-300nm)范围内选择感兴趣波长。干涉滤光器可以是可调谐的，而不是包括不同滤光器的集合。光栅可以用来代替干涉滤光器。可以在照射路径中提供孔径光阑或空间光调制器(未示出)，以控制目标上的辐射的入射角的范围。
检测器18可以测量单个波长(或窄波长范围)的经重新定向的辐射的强度，强度分别在多个波长处或在波长范围内被积分。此外，检测器可以分别测量横向磁偏振辐射和横向电偏振辐射的强度和/或横向磁偏振辐射和横向电偏振辐射之间的相位差。
衬底w上的目标30可以是1-d光栅，1-d光栅被印刷以使得在显影之后，由固体抗蚀剂线形成栅条。目标30可以是2-d光栅，2-d光栅被印刷以使得在显影之后，由抗蚀剂中的固体抗蚀剂栅柱或通孔形成光栅。栅条、栅柱或通孔可以被蚀刻在衬底中或衬底上(例如，蚀刻到衬底上的一个或多个层中)。(栅条、栅柱或通孔的)图案对光刻投影设备(特别是投影系统ps)中的光学像差敏感，并且照射对称性以及这种像差的存在将表现在印刷光栅的变化中。因此，印刷光栅的测量数据被用于重建光栅。1-d光栅的一个或多个参数(例如，线宽和/或形状)或2-d光栅的一个或多个参数(例如，栅柱或通孔宽度或长度或形状)可被输入到重建过程，重建过程由处理器pu根据印刷步骤、材料沉积和/或蚀刻工艺和/或其他检查过程的知识执行。
除了通过重建来测量参数之外，角分辨散射测量法在测量产品和/或抗蚀剂图案中的特征的不对称性方面是有用的。不对称性测量的具体应用是用于测量套刻，其中目标30包括彼此叠置的一组周期性特征。例如，在美国专利申请公开us2006-066855中描述了使用图3或图4的仪器进行不对称性测量的概念，其全部内容并入本文。简而言之，虽然目标的衍射光谱中衍射阶的位置仅由目标的周期性确定，但衍射光谱中的不对称性指示构成目标的各个特征中的不对称性。在图4的仪器中，在检测器18可以是图像传感器的情况下，衍射阶中的这样的不对称性直接表现为由检测器18记录的光瞳图像中的不对称性。该不对称性可以通过单位pu中的数字图像处理来测量，并且针对已知的套刻值进行校准。
图5示出了典型目标30的平面图以及图4的设备中的照射斑点s的范围。为了获得没有来自周围结构的干扰的衍射光谱，目标30在一个实施例中是大于照射斑点s的宽度(例如，直径)的周期性结构(例如，光栅)。斑点s的宽度可以小于目标的宽度和长度。换言之，目标由照射“欠填充”，并且衍射信号基本上没有来自目标本身外部的产品特征等的任何信号。照射装置2、12、13、17可以被配置为跨越物镜15的后焦面提供均匀强度的照射。备选地，通过例如在照射路径中包括孔径，可以将照射限制为轴上方向或离轴方向。
但是，需要减小量测目标所占用的空间。例如，需要减小衬底上的目标部分c(通常已经定位有量测目标)之间的“划道”的宽度。附加地或备选地，例如期望在器件图案本身内包括量测目标，以允许更准确和/或精确地监测并校正诸如cd和/或套刻之类的参数的变化。为此，近来已设计了基于衍射的量测的备选方法。例如，在基于图像的量测中，制作两个目标图像，每个图像使用衍射光谱不同的选择阶。对两个图像进行比较，可以得到不对称信息。通过选择部分图像，可以将目标信号与其周围环境分离。可以使得目标更小，并且目标不需要是方形，使得可以将若干目标包括在同一照射斑点内。在美国专利申请公开us2011-0027704、us2011-0043791和us2012-0044470中描述了该技术的示例。
除了减小有量测目标所占用的空间之外或备选地，需要改进测量本身的性质(例如，其准确度和/或精确度)。例如，需要获得更高的测量灵敏度。附加地或备选地，例如期望在例如上述重建中的各种参数之间获得更好的解耦。例如，期望通过减少或消除与一个感兴趣参数相关联的测量影响另一感兴趣参数的效果，针对每个感兴趣的特定参数获得更好的值。
随着尺寸减小和/或准确度/精确度需求持续存在，现有技术可能会遇到一些技术限制。例如，一些方法期望捕获至少±1阶衍射阶。考虑物镜15的数值孔径，这约束了目标的周期性结构的节距(l)。为了提高灵敏度和/或减小目标尺寸，可以考虑使用更短的波长λ。此外，目标不能太小，否则它将不具有被视为周期性结构的足够特征。因此，作为示例，使用尺寸远远大于产品(例如，器件)布局的尺寸的周期性结构特征(例如，线)来测量套刻，使得套刻测量不可靠。理想情况下，特征线和节距应与产品特征具有相似的尺寸。
图6示出了可以实现测量本身的性质(例如，准确度和/或精确度)的改进和/或目标尺寸的减小的检查设备。在图6中，可以将斑点s'(如果例如期望较小的目标，那么斑点s'可以小于常规)应用于目标30'(如果例如期望较小的目标，则目标30'可以小于常规(例如，较小节距的特征))。
对图6的设备和图4的设备进行比较，第一区别在于提供靠近目标30'的附加光学元件60。在一个实施例中，该附加光学部件是小型固体浸没式透镜(sil)，其宽度(例如，直径)仅是毫米级(例如，在1mm至5mm的范围内、例如约2mm)。在一个示例中，sil包括以基本上法向入射到其表面的方式接收辐射射线的半球体材料。在一个实施例中，sil可以是不同的形状(例如，超半球体)。在一个实施例中，sil由折射率为n的材料(例如，玻璃、晶体、熔融石英、材料的组合、涂覆元件(例如，涂覆材料不同于元件的材料))制成。在一个实施例中，折射率n相对较高(例如，大于或等于约1.5、大于或等于约1.8、大于或等于约2、大于或等于约2.2或大于或等于约3.5(例如，具有gap材料的sil的近红外))。在sil材料内，原始射线的数值孔径(na)增加。所接收的射线聚焦在半球的中心或超半球的等光程点处，并且与不存在sil的情况下的斑点相比，形成小n(对于半球)或n2(对于等光程超半球)倍的斑点。例如，具有n＝2的典型玻璃半球将使得所聚焦的斑点的宽度减小2倍。在一个实施例中，sil60的尖端可以是在顶点侧具有面向目标的大致平坦的表面的截头锥形、阶梯形突起或金字塔形状。
当数值孔径nao的物镜聚焦在半球形sil内部时，组合系统的数值孔径在sil内部变为na＝nsilnao，其中nsil是sil的折射率。例如，对于nao＝0.9的高na物镜和具有nsil＝2的sil，可以实现na＝1.8的超na值；而另一备选的超半球形sil设计与高na物镜相结合可能导致na＝nsil2nao的超na值。当sil和目标之间的距离显著小于所使用的辐射波长或者当使用折射率匹配液体时，这样的超na光学配置可以提高检查设备的量测能力。
当sil和目标30(例如，沉积在衬底w上的一个或多个结构化或未结构化的层)之间的距离超过辐射束(不论是用于目标检查的射束、用于位置测量的射束等)的约半个波长时，与光轴成α角被聚焦于sil60内部的射线(其中nsilsina>1)在sil尖端与具有约为1的折射率的在尖端和表面w之间的环境(例如，诸如空气的气体)的平面界面处通过全内反射(tir)被完全反射。因此，tir将表面w的照射的有效数值孔径限制为大约1，并且因此也将na限制为用于检测由目标重新定向的辐射的相同值。然而，当sil与表面之间的距离显著小于波长λ的一半时(例如，小于约λ/10)，在nsilsinα>1的射线与表面w之间发生强消逝耦合。该消逝耦合使得nsilsinα>1的射线能够携带表面w的信息，并且将用于照射和检测的有效数值孔径增加到例如如上所述的约1.8。该现象被称为受损全内反射(ftir)或消逝耦合。在这种情况下，sil和表面w可以被视为处于光学接触而不处于实际机械接触的情况。因此，在ftir条件下，对于数值孔径超过1(超na)的值，可以照射表面w并检测由表面w重新定向的辐射。
光学元件浸入液体中已被用于增加显微镜检查和光刻的分辨率。在没有液体浸没的不便或问题的情况下，固体浸没式透镜可以实现类似的增益、或甚至更大的增益。然而，为了确保增加的na确实增加了系统的分辨率，sil的底部必须与目标30接触或与其极其接近进行定位。
也可以使用所谓的微型sil。这样的sil的宽度(例如，直径)小很多倍(例如，约2微米而不是约2毫米)。在图6设备中的sil60为微型sil的示例中，其可具有小于或等于10μm、可能小于或等于5μm的宽度(例如，直径)。
无论是使用小型还是微型sil60，sil60均可以附接到可移动支撑件，使得控制目标的对准和接近比在宽度更大的透镜的情况下更简单。例如，图6中的sil60被安装到框架62。在一个实施例中，框架62是可移动的。可以提供致动器来移动框架62。在一个实施例中，框架62支撑物镜15。因此，在一个实施例中，框架62可以将物镜15和sil60一起移动。在一个实施例中，用于框架62的致动器可以被配置为使得框架62(和sil60)基本沿z方向移动。在一个实施例中，用于框架62的致动器可以被配置为围绕x轴和/或y轴移动框架62(和sil60)。在一个实施例中，sil60相对于框架62处于相对固定的位置。这可以称为单级布置，其中物镜15和sil60相对于彼此固定并且由框架62的致动器移动。在这种情况下，益处可能在于sil可以机械地定位在物镜的焦点中。
如上所述，图6中的sil60被安装到框架62，框架62在一个实施例中支撑物镜15。当然，sil60可以安装在与支撑物镜15的框架分离的框架上。在一个实施例中，sil60经由结构64和致动器66连接到框架(例如，框架62)。致动器66可以例如在操作中是压电式的或者可以是致动的音圈。其中sil60具有致动器以引起可移动物镜15与sil60之间的相对移动的布置可以被称为双级布置。在双级中，某些功能可以分离(例如，运动范围、振动抑制能力、sil相对于表面的定位以及聚焦的分离)。例如，(相对大的)物镜级包括相对重的物镜并且可以具有相对大的运动范围。在一个实施例中，物镜级可以基本上仅在z方向(基本上/大致垂直于表面)上移动。此外，它可以具有对于相对长的位移范围足够但可能不足以抑制小位置干扰(例如，太低的带宽)的某个带宽(例如，～100hz)。(相对小的)sil级包括相对轻的sil，并且可以具有相对小的运动范围。在一个实施例中，sil级可以例如在z方向上并且围绕x轴和/或y轴以多于1个自由度(例如，至少3个自由度)进行移动，以将sil定位为基本上/大致平行于表面。此外，它可以具有抑制小的位置干扰(例如，高达几百纳米)的某个带宽(例如，足够高)。sil级可能不具有足以覆盖期望的全行进范围的机械范围。因此，sil级可以用于将sil定位在表面上方的某个小距离(例如，约10-100nm、或约10-50nm)处，而物镜级可以相对于表面或相对于sil将物镜定位在焦点处。
致动器66可以与一个或多个其他致动器结合操作，从而将物镜作为整体相对于目标进行定位。关于上述粗略定位器和精细定位器，例如，可以将致动器66视为超精细定位器。这些不同定位器的控制回路可以彼此集成。部件62、64和66连同衬底台和定位器(上面提及但未在图6中示出)形成用于将sil和目标30彼此接近定位的支撑设备。如上所述，原则上，sil60可以刚性地安装到框架62，和/或可以具有更大的宽度。如下面更详细讨论的，分离的结构和致动器允许更容易控制非常小的间隙。
包括sil60使得可以例如聚焦到小得多的斑点s'。sil通过使用传播波和消逝波照射目标并且从目标捕获近场辐射(包括在间隙中消逝的波)来进行工作，并且为此，sil被定位为距目标结构的距离基本上小于辐射的一个波长(λ)、通常小于半个波长(例如，约λ/20)。距离越近，将近场信号耦合到仪器中就越强。因此，sil60与目标30'之间的间隙可小于100nm、例如在10nm与100nm之间或在10nm与50nm之间。
由于检查设备的na有效地增加，所以增强了灵敏度和参数解相关性，使得可以减小目标周期性结构的节距。即，由于例如由光刻工艺产生的器件特征的尺寸减小，量测目标的周期性结构的节距可以减小，使得例如其更精确地表示器件特征的减小的尺寸。该周期性结构节距缩减可能越来越多地导致周期性结构的参数在从周期性结构中所检测的辐射分布中变得相关。这意味着，对于周期性结构的两个不同参数，由于周期性结构的这些参数的小的变化而导致的所检测的辐射分布的变化变得越来越相似。这可以导致量测设备的性能(例如，通过分析所检测的辐射分布来确定一个或多个感兴趣参数的结果)随着量测目标的周期性结构的节距减小而减小。附加地或备选地，所检测的强度噪声也可以随着节距的减小而增加，并且因此导致量测设备的性能(例如，通过分析所检测的辐射分布而确定一个或多个感兴趣参数的结果)降低。因此，量测目标周期性结构的一个或多个尺寸和/或光学参数被重建的精确度受到所检测的辐射分布的信噪比以及参数互相关性限制。
在将使用微型sil的示例中，常规用于例如散射仪的类型的空间非相干辐射不能聚焦到与微型sil一样小的微米级斑点。因此，在这样的实施例中或者在使用大型sil(即，比微型sil大的sil)的实施例中，辐射源2可以被改变为空间相干源。因此，激光源70经由光纤72被耦合到照射光学器件12等。目标上的斑点尺寸的限制由聚焦透镜系统的数值孔径和激光波长设定。作为使用空间相干辐射的附加益处，具有激光辐射源70的仪器可用于执行不同类型的散射测量或测量。例如，相干傅立叶散射测量(cfs)可以用于测量目标。
如以上所强调的，应在sil和目标之间保持小间隙(例如，在10-100nm范围内的值，例如约20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm或85nm)。
如上所述，可以使用“双级”概念来促进sil和物镜接近测量表面的定位，并且允许将某些功能分离(例如，运动范围、振动抑制能力、sil相对于表面的定位和/或聚焦的分离)。参考图7，示意性地描绘了“双级”概念的一个实施例。sil60被附接到可移动支撑件700，以便于控制sil60与测量表面(在这种情况下为衬底w)的对准和接近。这可以被称为sil级。此外，物镜15被附接到可移动支撑件710，以便于控制sil60和物镜15与测量表面(在这种情况下为衬底w)的对准和接近。这可以被称为物镜级。
可以提供致动器720来相对于可移动支撑件710和/或物镜15移动可移动支撑件700和sil60。可以提供致动器730来相对于支撑件740移动可移动支撑件710和物镜15。在该实施例中，可移动支撑件700安装在可移动支撑件710上，并且因此可移动支撑件710的移动还可以导致可移动支撑件700和/或sil60移动。因此，在一个实施例中，可移动支撑件710可以将物镜15和sil60一起移动。致动器720和/或730例如可以在操作中是压电式的或者可以是致动的音圈。
sil级可以相对于物镜级机械悬置，sil级由等效弹簧和/或阻尼750表示。弹簧和/或阻尼750可以并入致动器720中和/或通过适当的弹簧和/或阻尼器结构来单独提供弹簧和/或阻尼750。类似地，物镜级可以相对于支撑件740机械地悬置，物镜级由等效弹簧和/或阻尼760表示。弹簧和/或阻尼760可以并入致动器730中和/或通过合适的弹簧和/或阻尼器结构单独提供弹簧和/或阻尼760。
在一个实施例中，致动器720可以被配置为基本沿z方向移动可移动支撑件700(和sil60)。在一个实施例中，致动器720可以被配置为围绕x轴和/或y轴移动可移动支撑件700(和sil60)。在一个实施例中，致动器730可以被配置为基本沿z方向移动可移动支撑件710(和物镜15)。在一个实施例中，致动器730可以被配置为围绕x轴和/或y轴移动可移动支撑件710(和物镜15)。在一个实施例中，物镜级可以基本上仅在z方向(基本上垂直于表面)上移动。在一个实施例中，sil级可以例如在z方向上并围绕x轴和/或y轴以多于1个的自由度(例如，至少3个自由度)进行移动，以将sil定位为基本上平行于表面。sil级可能不具有足以覆盖期望的全行进范围的机械范围。所以，sil级可以用于将sil定位在表面上方的某个小距离处，而物镜级可以将物镜相对于表面或者相对于sil定位在焦点处。
此外，在一个实施例中，表面w本身可以被移动。例如，具有表面w的衬底台wt可以相对于sil60移动表面w，以便于在sil60和表面w之间建立适当的间隙。
为了实现这样的定位，可以提供一个或多个信号。例如，可以提供一个或多个信号770来使得物镜15和/或sil60能够相对于支撑件740和/或表面w定位。类似地，可以提供一个或多个信号780来使得sil60能够相对于物镜15和/或表面w定位。可以提供一个或多个信号785来使得sil60能够相对于表面w定位。作为一个示例，使得能够进行物镜15和支撑件740之间的相对定位的信号770可以由编码器、气体传感器或干涉仪提供。
使得能够进行物镜15/sil60与表面w之间的相对定位的信号770可以是从穿过物镜15、sil60并且到达表面w上的辐射束790获取的信号。如在图7的插图中所示，辐射束790可以使得焦点798位于sil60的尖端797处。在一个实施例中，sil60的尖端797包括平坦表面。辐射束790可以是用于确定位置的专用射束，或者可以是用于测量表面但在特定时间内用作位置测量射束的射束。用于使得能够进行物镜15和sil60之间的相对定位的信号780可以是聚焦误差信号(fes)。用于实现sil60与表面w之间的相对定位的信号785可以是如本文所述的间隙误差信号(ges)。
因此，致动器720和730可以组合进行操作，以将物镜15和sil60相对于表面w定位，来建立期望的间隙795。提供控制系统来控制sil60接近表面w定位并将sil60保持在该位置处或其周围。控制系统可以接收设定点间隙值并且控制一个或多个致动器(例如，致动器720和/或730)，以在一个或多个运动中将sil60定位在设定点间隙值处或接近设定点间隙值，并且将sil60保持在该位置处或该位置周围。在表面w与sil60之间可能存在显著的相对振动。因此，可以经由高带宽(例如，1-10khz)反馈控制系统来控制sil60。为了能够通过控制系统进行控制，sil60和表面w之间的间隙可以由一个或多个信号(例如，间隙误差信号(ges))表示。用于测量ges或其他位置信号的各种技术在本领域中是已知的。
在一个实施例中，致动器720可以被认为是精细定位器，并且致动器730可以被认为是粗略定位器。在针对z方向上的运动(例如，垂直运动)的实施例中，“双级”系统可以实现对(1)物镜15与sil60之间的焦点以及(2)sil60和表面w之间的间隙795的控制。
此外，“双级”系统可以实现针对间隙795的相对大的动态范围(例如，约毫米级的范围(具有亚毫米级精度)至约亚100纳米级的范围(具有亚10纳米的精度))。参考图8，示意性地描述了z方向运动设定点的一个实施例。可以针对sil60距表面w的距离(即，间隙795)来定义第一设定点距离800，以实现待测量表面(例如，衬底w)与待测量的另一表面的交换。在一个实施例中，可以从约几毫米(例如，约1-5mm或约1mm)的范围中选择第一设定点距离800。一旦待测量的表面w就位，则sil60可以以接近运动805更靠近表面w被定位至间隙795的第二设定点距离810。在一个实施例中，可以从大约几百微米到几十微米(例如，400到50微米、例如约150到350微米、例如约300微米)的范围中选择第二设定点距离810。第二设定点距离810使得能够在表面w和sil60之间进行相对安全的相对运动，例如以将sil60水平地定位在目标30之上。
根据第二设定点距离810，sil60可以以接近运动815更靠近表面w被定位至间隙795的第三设定点距离820。在一个实施例中，可以从半波长(例如，约350至100纳米、例如约350至175纳米、例如约300纳米)的范围中选择第三设定点距离820。第三设定点距离820可以是可以使用特定信号的最大间隙795和/或使用不同接近速度/加速度的点。
根据第三设定点距离820，sil60可以以接近运动825更靠近表面w被定位至间隙795的第四设定点距离830。在一个实施例中，可以从约100至10纳米(例如，约50至10纳米、例如约20-30纳米或约30纳米)的范围中选择第四设定点距离830。第四设定点距离830可以是进行测量835的间隙795。在一个实施例中，在测量期间，间隙795基本保持在第四设定点距离830处。
如下面关于参数解相关所进一步讨论的，在一个实施例中，可以存在多个第四设定点距离830，在每个第四设定点距离830处可以进行测量。或者，一个或多个第四设定点距离830可以分别是sil60与目标之间的相对运动(无论是彼此远离还是朝向彼此的运动)的起点和/或终点，在该运动的至少一部分期间进行多个测量。在一个实施例中，可以存在进行测量的一个或多个第四设定点距离830以及分别是sil60与目标之间的相对运动(在该运动的至少一部分期间进行多个测量)的起点和/或终点的一个或多个第四设定点距离830的组合。
一旦完成测量，将sil60定位为远离表面w，以能够在表面上的另一位置处进行进一步测量，或者将表面w与另一表面w交换。在一个实施例中，sil60在回缩运动840中进一步远离表面w被定位至第三设定点距离820(可以具有与接近运动825相同的值或可以与其不同)。从第三设定点距离820开始，sil60在回缩运动845中远离表面w被定位至第二设定点距离810(可以具有与接近运动815相同的值或可以与其不同)。
如上所述，sil60可以保持在第二设定点距离810处，以使得通过sil60和目标之间的相对移动(例如，水平移动表面w和/或水平移动sil60)，表面w和sil60之间的相对安全的相对移动855能够例如将sil60水平地定位在另一目标30上。因此，在一个实施例中，对于在表面w上的不同位置处的每个目标，重复sil的接近运动815和825以及回缩运动840和845，以在sil60和表面w之间的相对横向运动期间，帮助避免损坏表面w和sil60。在一个实施例中，回缩运动840和845可以组合成到第二设定点距离810的单个运动，其中例如，下一操作是将sil60定位在另一目标30之上的在表面w和sil60之间的相对横向运动855。
如果表面w被另一表面w替换或者传感器关闭，那么sil60在运动850中进一步远离表面w被定位至第一设定点距离800(可以具有与运动805的开始相同的值或可以与其不同)。在一个实施例中，运动840、845和850可以组合成到第一设定点距离800的单个运动，其中例如，下一操作是表面w被另一表面w替换或传感器关闭。
在一个实施例中，接近运动805不需要具有与回缩运动850相同的参数(例如，加速度、速度、设定点等)。类似地，在一个实施例中，回缩运动845不需要具有与接近运动815相同的参数(例如，加速度、速度、设定点等)。类似地，在一个实施例中，回缩运动840不需要具有与接近运动825相同的参数(例如，加速度、速度、设定点等)。
如上所述，利用固体浸没式透镜(sil)，可以使用基于辐射的量测(例如，散射测量)来确定光刻目标的感兴趣参数(例如，临界尺寸(cd)、套刻、剂量、聚焦、对准等)。sil(sil尖端)的下表面与目标保持较小距离(例如，10-50纳米范围内的间隙)。经由sil尖端，从目标重新定向的辐射在例如物镜的后焦平面中形成强度分布(强度光瞳)，强度分布被成像到检测器上并使用检测器(例如，ccd相机)对其进行测量。测量光瞳中的辐射分布取决于间隙的大小以及所测量的目标的几何属性和光学属性。
在一个实施例中，尽管目标的周期性结构超出了可见光中的成像分辨率极限，但是检查设备仍可以利用可见光进行操作。因此，目标周期性结构可能无法直接成像。
因此，在一个实施例中，基于在物镜的后焦面(或其共轭面)中检测的所测量的辐射分布来计算目标的一个或多个几何参数(例如，底部cd、顶部cd、侧壁角度、高度等)和/或光学参数的重建(例如，角分辨强度辐射分布)。如上所述，该辐射分布可以被称为光瞳。
图9示意性地描绘了基于使用量测获得的测量数据来确定目标图案的一个或多个感兴趣参数的示例过程。由检测器18检测的辐射为目标30'提供了所测量的辐射分布108。所测量的辐射分布108包含能够导出感兴趣的参数(例如，在衬底中或衬底上形成的相继层之间的套刻误差和/或例如经显影的光致抗蚀剂的临界尺寸)的信息。图10描绘了目标(例如，目标30、30')的一部分的一个示例单位单元模型以及构成目标并与目标相关联的各种材料的示例层。例如，目标可以包括由区段1010表示的氮化硅(si3n4)层，该层可以在例如裸硅衬底或由区段1000表示的其他层上面形成光栅特征。在层1010上面可以是由区段1020表示的teos(原硅酸四乙酯)层。在层1020上面是由一个或多个区段1030表示的另一个氮化硅(si3n4)层，该层可以形成另一光栅特征(例如，用于测量套刻的光栅特征)。在层1030上面是由一个或多个区段1040表示的真空或非固体介质间隙(例如，气体(例如，空气))。并且，进一步在层1030上面是光学元件(由区段1050表示)，辐射通过真空/介质1040朝向层1030发射。在图10中，层1030和真空/介质1040被示出为分段为多个区段，以便于计算，而实际上，层1030和/或真空/介质1040通常是连续的。类似地，层1050、1020、1010和1000由单个区段表示，但可以由多个区段表示。此外，层1050可以仅表示光学元件的完整形状(可以是例如半球形)的一部分。
对于给定的目标30'，可以使应用实例如数值麦克斯韦(maxwell)解算器210从目标30'的图案的参数化模型206(例如，图10的单位单元)来计算/模拟辐射分布208。参数化模型206可以包括图10中标识的区段的一个或多个参数(例如，一个或多个层的厚度、一个或多个层的折射率(例如，实或复折射率、折射率张量等)、一个或多个层的侧壁角度、一个或多个层的吸收率等、以及它们的任何部分(例如，一个或多个部分或部分的组合)(例如，针对层1030和真空/介质1040标识的区段))。参数的初始值可以是针对所测量的目标的预期值。然后在212处将所测量的辐射分布108与所计算的辐射分布208进行比较，以确定两者之间的差异。如果存在差异，则可以改变参数化模型206的一个或多个参数的值，计算新的辐射分布208并将其与所测量的辐射分布108进行比较，直到在所测量的辐射分布108和所计算的辐射分布208之间存在足够的匹配。在该点处，参数化模型206的参数值提供了实际目标30'的几何形状的良好匹配或最佳匹配。在一个实施例中，通过将所检测的辐射分布与针对目标光栅的参数化模型所计算的辐射分布之间的差异最小化，来实现目标周期性结构参数的重建。在该重建中使用的优化器也可以考虑关于光刻工艺中周期性结构参数的统计分布的先验知识。
参数化模型的这些确定的参数中的一个或多个(例如，cd)可由用户用于评估光刻工艺或其他制造过程的一个或多个步骤。附加地或备选地，可以根据参数化模型的一个或多个值导出感兴趣参数。
如上所述，在参数化模型(例如，图10中的模型)中捕获目标的几何和光学属性，其中一个或多个感兴趣参数(例如，cd参数)形成子集。使应用实例如maxwell解算器，在所记录的光瞳计算后处理(被称为重建)中将针对测量目标的模型参数的值进行重建。在一个实施例中，模型可以包括作为待重建的浮动参数的间隙。
在一个实施例中，为了使得能够使应用实例如正向模型maxwell解算器进行相对快的计算，通常仅对目标的周期性结构的一个或几个特征进行建模。然后使用周期性边界条件来逼近整个周期性结构。图10中示出了用于这样的计算的周期性结构的单个特征的模型的示例，图10描绘了sil尖端1050、目标特征和关联层1000、1010、1020、1030以及在sil尖端1050和目标特征之间的间隙1040。如将理解的，如在图10示例中由不同图案填充粗略表示的，sil、间隙、目标特征和/或层可以具有不同的折射率(例如，实或复折射率、折射率张量等)。
除了通过重建来测量参数之外或备选地，所测量的辐射分布可用于测量产品和/或抗蚀剂图案中的特征的不对称性。不对称性测量的具体应用是用于套刻的测量，其中目标30包括彼此叠置的一组周期性特征。尽管目标的衍射光谱中的衍射阶的位置仅由目标的周期性确定，但衍射光谱中的不对称性指示构成目标的各个特征中的不对称性。衍射阶中的这样的不对称性直接表现为由检测器18记录的光瞳图像中的不对称性。该不对称性可以通过单位pu中的数字图像处理来测量，并且针对已知的套刻值进行校准。
如上所述，周期性结构节距缩减可能越来越多地导致周期性结构的参数在从周期性结构所检测的辐射分布中变得相关。即，对于周期性结构的两个不同参数，由于周期性结构的这些参数的小的变化而导致的所检测的辐射分布中的变化变得逐渐相似。这可以导致量测设备的性能(例如，通过分析所检测的辐射分布来确定一个或多个感兴趣参数的结果)随着量测目标的周期性结构的节距的减小而减小。附加地或备选地，信噪比可以随着节距的减小而降低，并因此导致量测设备的性能(例如，通过分析所检测的辐射分布而确定一个或多个感兴趣参数的结果)降低。因此，量测目标周期性结构的一个或多个尺寸和/或光学参数被重建的精确度受到所检测的辐射分布的信噪比以及参数互相关性的限制。因此，在一个实施例中，期望通过采取一个或多个步骤减小所检测的强度噪声的影响(改善信噪比)和/或抵消参数互相关性(改善参数解相关性)来提供改进量测设备的性能的一个或多个测量。通过减小所检测的强度噪声的影响(改善信噪比)和/或抵消参数互相关性(改善参数解相关性)，在未来更小的器件特征尺寸(量测目标周期性结构的更小的节距)的情况下可从量测设备获得更好的结果。
在一个实施例中，可以通过多帧平均来改善信噪比。即，针对特定间隙尺寸获取多个辐射分布(n个辐射分布)，然后对这n个帧的像素值进行平均。结果是信噪比被改进了sqrt(n)。但是，如上所述，这可能不会改进光瞳中的参数互相关性。
在一个实施例中，可以使用数值建模来根据测量设备光谱范围预测将产生最小参数互相关性或低的参数互相关性(例如，最小预测参数互相关性的130％或更少、120％或更少、110％或更少、105％或更少、102％或更少、101％或更少)的测量射束波长(例如，从425-700nm的光谱范围中选择波长)。
在一个实施例中，数值建模可以用于根据测量设备光谱范围预测两个或更多个测量射束波长(例如，从425-700nm的光谱范围中选择多个波长)，两个或更多个测量射束波长当使用以相应两个或更多个测量射束波长测量的两个或更多个辐射分布的数据执行重建时将会产生最小参数互相关性，或者当使用以相应两个或更多个测量射束波长测量的两个或更多个辐射分布的数据执行重建时将会产生低的参数互相关性(例如，当使用以相应两个或更多个测量射束波长测量的两个或更多个辐射分布的数据执行重建时的最小预测参数互相关性的130％或更少、120％或更少、110％或更少、105％或更少、102％或更少、101％或更少)。当考虑相应辐射分布的集合时，不同的波长可以减少(如果不破坏)彼此的参数相关性。为了保持或获得相对高的吞吐量，可能需要快速波长切换单元来以多个波长进行测量。
在一个实施例中，可以通过将解算器约束在围绕标称预设参数值的可信区域来改进被表示为测量集合的方差的重建精度。一个这样的约束技术是贝叶斯正则化。
在一个实施例中，通过获取同一目标的多于一个的辐射分布，可以减小参数相关性，在量测设备的最终光学元件和目标之间的不同间隙尺寸处获得目标的每个辐射分布。即，在一个实施例中，通过在采用sil60或目标近场中的其他光学元件的量测设备的后焦平面(或其共轭平面)中获取目标的多于一个辐射分布，可以减小参数相关性，在测量设备的sil60(或目标近场中的其他光学元件)与目标之间的不同间隙尺寸处获得目标的每个辐射分布。例如，可以在例如20nm、40nm、60nm和80nm间隙尺寸处检测辐射分布。间隙尺寸的数目可以是两个不同的间隙尺寸、三个不同的间隙尺寸、四个不同的间隙尺寸等。间隙尺寸的数目将受到吞吐量的影响，以获得这些不同的辐射分布。在一个实施例中，对于三个或更多个间隙尺寸应用间隙尺寸的均匀差异(例如，5nm差异、10nm差异、15nm差异、20nm差异、25nm差异或30nm差异)，或者对于三个或更多个间隙尺寸应用间隙尺寸的不均匀差异。如上所述，可以通过在sil60和目标之间引起相对移动来获得间隙尺寸。例如，可以将sil60移动到相应的多个设定点距离，然后当sil60处于相应的设定点距离处时获得辐射分布。附加地或备选地，可以在间隙距离增大或减小期间检测辐射分布。例如，可以将sil60移动到在检测到辐射分布的运动的至少一部分期间充当运动的终点或起点的设定点距离。
一旦在相应不同的间隙高度或距离处获得所测量的辐射分布，则可以通过将在相应不同间隙高度或距离处所测量的辐射分布(例如，四个测量的辐射分布)的数据以及在相应不同的间隙高度或距离处对应计算的辐射分布(例如，四个计算的辐射分布)的数据之间的差异最小化，通过与如上所述的重建类似的重建来获得感兴趣的参数。可以通过在对应于每个测量的辐射分布的单独计算单位单元中对目标周期性结构的浮动参数集合进行优化来完成该最小化。每个单位单元将包括目标周期性结构的相同的浮动参数集合以及对于每个单位单元不同的浮动间隙高度参数。解算器随后将为目标周期性结构找到一组最优参数并且为每个测量的辐射分布找到重建间隙高度的对应多个最优值。
预期上述提出的多间隙距离重建可以减小(如果不消除)参数互相关性，因为所测量的强度由在目标周期性结构处反射的辐射与在sil和间隙中的环境之间的界面处反射的辐射之间的多重干涉引起。通过在多个间隙距离处测量作为这一干涉的结果的强度分布，获得包含周期性结构的反射振幅和相位深度的信息。周期性结构的相位深度似乎对光栅的性质非常敏感。此外，如本文所述，通过na>1测量获得的na>1区域中的相对相移似乎显著大于na<1区域中的相对相移。
在一个实施例中，可以使用单个标称测量射束波长来获得在相应多个间隙高度处获得的多个辐射分布。这可以潜在地改进吞吐量，因为解相关不涉及与各种波长之间的切换(例如，快速波长切换单元)相关联的限制。相反，吞吐量将受到控制系统的带宽的限制，该控制系统控制sil和目标(可能较高)之间的相对移动。但是，在一个实施例中，间隙高度的变化可以伴随着测量射束波长的变化。如上所述，测量两个不同的波长可以导致参数解相关。由于在不同波长处测量而引起的该参数解相关可以(部分地)与由于间隙高度变化引起的参数解相关正交。因此，在相对于常规多波长重建而言不增加获取时间的情况下，将获得不同间隙高度处的辐射分布和获得不同测量射束波长处的辐射分布组合可以因此导致进一步的参数解相关。在一个实施例中，每个不同的间隙高度可以与不同的测量射束波长相关联。在一个实施例中，不同间隙高度中的至少一个可以与不同测量射束波长相关联(使得在多个不同间隙高度中存在至少两个不同测量射束波长)。在一个实施例中，使用多个不同测量射束波长中的每一个来测量每个不同的间隙高度。在一个实施例中，多个不同测量射束波长中的每一个可以用于多个间隙处的测量，其中两个或更多个不同波长用于在基本上相同的间隙处进行测量，和/或相同波长用于在不同间隙处进行测量。因此，不是所有的波长都需要有不同的间隙；一个间隙可以被多于一个波长使用。
在一个实施例中，间隙高度的变化可以伴随着测量射束偏振的变化。以两个不同的偏振进行测量可以导致参数解相关。由于在不同偏振下测量而引起的该参数解相关可以与由于间隙高度变化而引起的参数解相关(部分地)正交。在一个实施例中，每个不同的间隙高度可以与不同的测量射束偏振相关联。在一个实施例中，不同间隙高度中的至少一个可以与不同的测量射束偏振相关联(使得在多个不同间隙高度中存在至少两个不同的测量射束偏振)。在一个实施例中，使用多个不同的测量射束偏振中的每一个来测量每个不同的间隙高度。
可能存在间隙高度的最优数目和组合(例如，数目和/或大小)，以确保针对给定应用实例的最优参数解相关。可以在测量设备选配方案生成过程(用于确定使用一个或多个波长、一个或多个偏振、一个或多个间隙高度等中的哪一个来测量量测目标的过程)中确定不同间隙高度的最优数目和/或不同间隙高度(在不同间隙高度处测量辐射分布)的最优值、以及不同间隙高度可能针对其组合的两个或更多个不同波长和/或两个或更多个不同偏振。例如，对于某个应用实例，可以确定三个间隙的测量系列是最优的，并且最优高度值分别是21nm、34nm和57nm。在一个实施例中，针对单个处理步骤一次生成这样的选配方案。
在一个实施例中，在获取辐射分布时(例如，恰好在检测辐射分布之前、期间或之后)，可以使用控制信号(例如，间隙误差信号(ges))来测量间隙高度，可以在修改的重建过程中使用针对多个间隙高度如上所述的最小化过程来使用该附加信息。由于其连续获取，附加信息将被抹去(时间集成)，但由于收集了可能更少的辐射分布测量值，因此对吞吐量的影响将更小。
从一个间隙高度到另一间隙高度的变化可能需要将光学斑点重新聚焦到目标上。但是，在一个实施例中，可以至少部分与间隙高度变化并行实现这样的聚焦，其中例如采用双级(sil级和物镜级)控制概念。在这样的系统中，聚焦控制可以独立于间隙高度控制。
图11示意性地描绘了使用目标的一个或多个参数的模型进行重建的过程的流程图，其中在多个间隙距离处使用sil来测量目标。在1400处，建立针对目标结构的标称参数模型(例如，利用与目标相关联的一个或多个层的尺寸、一个或多个层的一个或多个折射率、针对测量的一个或多个标称间隙值、一个或多个测量的辐射波长和/或偏振等)。在一个实施例中，可以使用对应于每个不同间隙高度的单独的计算单位单元，每个单位单元具有目标周期性结构的浮动参数集合。每个单位单元将包括目标周期性结构的相同的浮动参数集合以及对于每个单位单元不同的浮动间隙高度参数。通常情况下，在相同波长下测量所有间隙。如果在两个或更多个间隙处使用多于一个波长，那么每个单位单元应当包括相同的浮动几何参数集合，但光学参数集合在各个单位单元中将不同，以考虑依赖于波长的辐射的色散。
解算器随后将为目标周期性结构找到一组最优参数(包括一个或多个感兴趣参数)并且为每个测量的辐射分布找到经重建的间隙高度的对应多个最优值。即，一旦在相应不同的间隙高度或距离处获得所测量的辐射分布，则可以通过将在相应不同间隙高度或距离处所测量的辐射分布(例如，四个测量的辐射分布)的数据以及在相应不同的间隙高度或距离处对应计算的辐射分布(例如，四个计算的辐射分布)的数据之间的差异最小化，通过与如上所述的重建类似的重建来获得感兴趣的参数。
在1406处，使用1400的模型，计算使用sil、利用测量射束测量目标所期望的理想光瞳(辐射分布)。
在1408处，使用sil，针对目标测量多个辐射分布。在不同的间隙高度处测量每个辐射分布。可选地，可以在获得如上所述的多个辐射分布时使用两个或更多个不同的波长和/或偏振。
在1410处，将辐射分布的数据应用于重建过程，以导出目标的一个或多个感兴趣参数1412。例如，可以在1410处使用图9的过程。在一个实施例中，可以通过将在相应不同间隙高度或距离处所测量的辐射分布(例如，四个测量的辐射分布)的数据以及在相应不同的间隙高度或距离处对应计算的辐射分布(例如，四个计算的辐射分布)的数据之间的差异最小化，通过与如上所述的重建类似的重建来获得感兴趣的参数。如果使用两个或更多个不同的波长和/或偏振，则将例如利用在每个单位单元中不相同的光学参数来解决色散，来如上所述来适当地修改重建过程。
在一个实施例中，光学元件尖端(例如，sil60尖端)可以在重建模型中被表示为完全平坦。但是，已发现，光学元件尖端的表面从其预期的完全平坦或弯曲表面的变化(下文中的粗糙度)可能在测量结果中产生误差。因此，在一个实施例中，可以通过有效介质近似(ema)来对粗糙度的光学效应建模，其中在模型中由具有有效折射率(例如，实或复折射率、折射率张量等)的一个或多个连续区段来表示粗糙度。即，在建模时使用光学元件尖端粗糙度的有效介质近似，例如，根据所测量的辐射重建感兴趣的参数。这样的ema的示例是布鲁格曼ema，其中粗糙度由单层的厚度t和有效折射率neff表示。其他的ema包括maxwell-garnett理论、drude、体积平均理论、lorentz-lorenz、并行和/或串行ema。任何ema模型都由参数集合确定，这些参数被称为ema参数。
在一个实施例中，可以从校准过程获得ema参数的值(例如，t和neff的值)。在一个实施例中，为了校准某个模型几何的ema参数并降低达到ema参数时的数学和/或测量复杂度，使用通常为平面且具有精确已知的光学参数的参考样本表面(基准件)。辐射然后穿过光学元件(及其粗糙尖端)到达基准件上。经重新定向的辐射被传递到检测器，在检测器中测量这样的经重新定向的辐射的一个或多个辐射分布。然后，可以使用数学计算过程(例如，类似于本文讨论的数学重建过程(例如关于图6))来导出ema模型的一个或多个参数。
光瞳中确定ema参数所依赖的强度差异很小(例如，在检测器的一个灰度级的量级上或小于一个灰度级)。因此，在一个实施例中，为了增强可以重建ema参数的精确度/准确度，可以改变光学元件与基准件之间的间隙距离，从而获得在光学元件和基准件之间的多个间隙高度处所测量的辐射分布。因此，本文描述的各种技术可以扩展到用于确定ema参数(例如，不同间隙高度、不同波长、不同偏振等)的校准方法。结果，校准方法可以使得能够更好地确定ema参数和/或使得能够使用具有更多参数的更复杂的ema模型。
此外，该模型中可以使用另一ema层来表示基准件表面粗糙度。在基准件的折射率接近于光学元件材料的折射率的情况下，可能在ema参数的两个集合(即，针对光学元件的ema参数和针对基准件的ema参数)之间存在串扰。因此，本文描述的各种技术可以扩展到用于针对基准件表面粗糙度确定ema层的ema参数(例如，不同间隙高度、不同波长、不同偏振等)的校准方法。使用针对光学元件和基准件之间的各种间隙距离获得的所测量的辐射分布将有助于两个ema层的参数的解相关，以使得能够获得针对光学元件的ema层和/或针对基准件的ema层的更好的ema参数。
所描述的技术可以应用于具有na>1(例如，具有sil60)的测量设备，但是可以等同地应用于具有na<1的测量设备。在一个实施例中，光学元件(例如，平面透明光学元件)可以在物镜的焦深内位于紧邻目标处，并且光学元件和目标之间的距离如本文所讨论的进行变化。在这种情况下，应通过这样的光学元件对物镜进行良好的校正来用于聚焦。在一个实施例中，光学元件是透明的并且位于na<1物镜与目标之间。在一个实施例中，光学元件可以具有薄的部分透明和部分反射涂层，以增强光学元件和目标之间的多次反射。
因此，在一个实施例中，提供了通过使用在目标和目标附近的量测设备的光学元件之间的多于一个间隙距离处获得的辐射分布的数据来执行感兴趣参数确定(例如，目标重建)，来提高量测精确度的方法。使用这样的多个间隙距离，在这些多个间隙距离处获得的多个辐射分布可以改善量测偏差和精确度。
因此，在一个实施例中，提供了基于来自所检测的多于一个辐射分布(例如，所检测的角分辨辐射分布)的数据的目标结构重建，所检测的每个辐射分布在测量设备的光学元件和目标之间的不同间隙距离处。在一个实施例中，光学元件可以是超nasil。在一个实施例中，光学元件可以是具有小于或等于1的数值孔径的、最接近测量设备的目标的光学元件。在一个实施例中，光学元件可以是位于目标和物镜之间的、具有小于或等于1的数值孔径的透明光学元件。
因此，在一个实施例中，提供了基于在目标和测量设备的光学元件之间的相对运动期间(例如，在光学元件和目标之间连续增加或减小间隙距离期间)所检测的多于一个辐射分布的数据的目标结构重建。
因此，在一个实施例中，提供了基于所检测的多于一个辐射分布的目标结构重建，所检测的每个辐射分布位于测量设备的光学元件与目标之间的不同间隙距离处，并且使用相应不同的测量波长来测量辐射分布中的至少两个。
如上所述，在一个实施例中，提供了各种技术来根据测量数据处理感兴趣的参数。这些技术在诸如散射仪、对准传感器(确定使用一个或多个对准标记的对准)、编码器或干涉仪(使得能够进行位置测量)和/或高度或水平传感器(使得能够测量表面位置)的光学量测或检查设备中具有特定的适用性。但是，尽管本文所公开的实施例使用光学量测作为所公开的技术的应用，但是技术可以应用于其他应用中(例如，用于基于由sil或na<1的光学元件捕获的辐射来重建结构，或者用于其中靠近(例如，在400nm以下的范围内)另一物体将物体定位和/或保持或将物体定位和/或保持在na<1的光学元件的测量射束的相干长度内的任何其他应用)。这些技术不需要专用，并且可以与一个或多个其他技术(包括在所引用文献中讨论的一个或多个技术)组合应用。
尽管本文的讨论集中于光刻工艺，但本文所述的技术可用于其他制造过程(例如，蚀刻、抗蚀剂显影等过程)中。
对间隙的参考不旨在暗示sil60和目标30之间的介质必须是例如空气、或者甚至必须是气体。在任何特定实现中间隙内的介质可以是真空或部分真空、其折射率满足设备光学功能要求的任何气态或液态介质。
本文所描述的检测器可以测量单个波长(或窄波长范围)处的辐射强度、分别在多个波长处的强度或在波长范围上积分的强度。本文所描述的检测器可以分别测量横向磁偏振和横向电偏振辐射的强度和/或横向磁偏振和横向电偏振辐射之间的相位差。本文所描述的检测器可以检测经过偏振器的偏振辐射，并因此在例如不必测量偏振的情况下，提供偏振敏感检测。
可以经由由例如处理器系统pu或其专用微处理器等形式的等价物执行的合适的软件程序的编码来实现本文档中描述的算法。
当位于光刻设备或测量设备的至少一个部件内的一个或多个计算机处理器读取一个或多个计算机程序时，本文所描述的任何控制器或控制系统可以各自或组合地进行操作。控制器可以各自或组合地具有用于接收、处理和发送信号的任何合适的配置。一个或多个处理器被配置为与至少一个控制器通信。例如，每个控制器可以包括用于执行包括针对上述方法的机器可读指令的计算机程序的一个或多个处理器。控制器或控制系统可以包括用于存储这样的计算机程序的数据存储介质、和/或用于接收这种介质的硬件。所以，控制器(一个或多个)或控制系统(一个或多个)可以根据一个或多个计算机程序的机器可读指令进行操作。
尽管在本文中可以具体地参考量测设备或检查设备(用于检查或测量与例如光学光刻和/或ic制造相关联的项)的上下文中的实施例的使用，但将理解本文描述的方法和设备可以用于其他应用，例如，压印光刻、集成光学系统的使用或制造、磁畴存储器的引导和检测图案的使用或制造、平板显示器的使用或制造、液晶显示器(lcd)的使用或制造、薄膜磁头的使用或制造等。
在曝光/图案化之前或之后，可以在例如轨道(通常将抗蚀剂层施加到衬底并且将经图案化/曝光的抗蚀剂显影的工具)、量测工具和/或检查工具中处理本文所述的衬底。在适用的情况下，本文的公开内容可以应用于这样的衬底处理工具和其他衬底处理工具。此外，可以多次处理衬底，例如以形成多层ic，使得本文所使用的术语衬底还可以指代已包含多个经处理或未经处理的层的衬底。
虽然以上已在光学光刻的上下文中对本发明的实施例的使用进行了具体的参考，但是应理解，本发明可以用于其他应用(例如，压印光刻)，并且在上下文允许的情况下不限于光学光刻。
本文所使用的术语“辐射”和“射束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外(uv)辐射(例如，具有小于约400nm且大于约20nm的波长、或具有约365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)、极紫外(euv)辐射(例如，具有5nm-20nm范围内的波长)以及粒子束(例如，离子束或电子束)。
在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以指代各种类型(包括折射型、反射型、衍射型、磁性型、电磁型和/或静电型光学部件)的光学部件中的任何一个或其组合。
尽管以上已描述了具体实施例，但应理解，可以以与上述方式不同的方式来实践本发明。例如，一个实施例可以采用计算机程序(包含描述如上所公开的方法的机器可读指令的一个或多个序列)或者具有存储在其中的这样的计算机程序的非瞬态数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。此外，可以在两个或更多个计算机程序中体现机器可读指令。两个或更多个计算机程序可以被存储在一个或多个不同的数据存储介质上。
以上描述旨在说明而非限制。因此，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离所附权利要求的范围的情况下，对所描述的本发明进行修改。