用于确定衬底上的一个或更多个结构的特性的量测系统和方法与流程

用于确定衬底上的一个或更多个结构的特性的量测系统和方法
1.本技术是国际申请pct/ep2018/075239于2020年6月5日进入中国国家阶段、申请号为201880079102.3的发明申请的分案申请。
2.相关申请的交叉引用
3.本技术要求于2017年10月5日提交的欧洲申请17194905.0、于2017年11月2日提交的欧洲申请17199764.6和于2017年12月13日提交的欧洲申请17206967.6的优先权，这些申请通过引用全文并入本文。
技术领域
4.本发明涉及用于确定衬底上的多个结构的特性的量测系统或检查系统。本发明还涉及用于确定衬底上的多个结构的特性的方法。


背景技术：

5.光刻设备是一种构造为将所期望的图案施加到衬底上的机器。光刻设备能够例如用于集成电路(ic)的制造中。光刻设备可以例如将在图案形成装置(例如，掩模)处的图案(也经常称为“设计布局”或“设计”)投影到设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
6.为了将图案投影到衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。这种辐射的波长决定了能够形成在衬底上的特征的最小尺寸。当前使用的典型的波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。使用极紫外(euv)辐射(其波长在4-20nm范围内，例如6.7nm或13.5nm)的光刻设备可以用于在衬底上形成比使用例如波长为193nm的辐射的光刻设备更小的特征。
7.低k1光刻术可以用于处理尺寸小于光刻设备的经典分辨率极限的过程特征。在这种过程中，分辨率公式可以表达为cd＝k1×
λ/na，其中λ是所用辐射的波长，na是光刻设备中投影光学器件的数值孔径，cd是“临界尺寸”(通常是印制的最小特征大小，但在这种情况下为半节距)，k1是经验分辨率因子。通常，k1越小，在衬底上再现类似于由电路设计者规划的形状和尺寸以实现特定电学功能和性能的图案就变得越困难。为了克服这些困难，可以将复杂的精调步骤施加到光刻投影设备和/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、使用相移图案形成装置、设计布局中的各种优化(诸如光学邻近效应校正(opc，有时也称为“光学和过程校正”)、或通常被定义为“分辨率增强技术”(ret)的其它方法。替代地，可以使用用于控制光刻设备的稳定性的紧密控制回路来改善低k1下的图案的再现。
8.在光刻过程中，期望频繁地测量所产生的结构，例如用于进行过程控制和验证。已知用于进行这种测量的各种工具，包括扫描电子显微镜或各种形式的量测设备，诸如散射仪。指代这种工具的总称可以是量测设备或检查设备。在具体的实施例中，可见光谱的相对较小的波长范围用于检查在衬底上制造的结构，有必要移动到更高和更低的波长，并且有必要在单个测量期间使用更宽的波长范围。在具体的实施例中，检查设备或量测设备的光
学系统具有相对较高的na。在光学系统的具体的实施例中，杂散光和/或重影可能是个问题。在具体的实施例中，使用暗场成像，并且在某些情况下记录的噪声量可能太高。可能的是，通过改善检查设备或量测设备中使用的光学元件的品质来为上述要求提供解决方案和/或为上述问题提供解决方案。问题在于，例如，在宽的波长范围内的像差要求变得非常严格。这可能导致光学元件无法制造，或者可能导致对于量测设备或检查设备来说光学元件变得过于昂贵。


技术实现要素：

9.目的是提供用于解决以上论述的问题或限制中的一个或更多个的检查或量测系统或设备的有效且高效的解决方案。
10.本发明的实施例在权利要求和具体实施方式部分中进行了论述。
11.在本发明的第一方面，提供了一种量测系统，用于确定与在衬底上的至少一个结构相关的感兴趣的特性，所述量测设备包括：处理器，配置成：根据被检测到的散射辐射的特性以计算的方式确定相位和振幅信息，作为在测量获取中用照射辐射来照射所述至少一个结构的结果，所述散射辐射已经被所述至少一个结构反射或散射，所述处理器配置成使用被确定的相位和振幅来确定感兴趣的特性。
12.在本发明的第二方面中，提供了一种确定与在衬底上的至少一个结构相关的感兴趣的特性的方法，所述方法包括：根据被检测到的散射辐射的特性以计算的方式确定相位和振幅信息，作为在测量获取中用照射辐射来照射所述至少一个结构的结果，所述散射辐射已经被所述至少一个结构反射或散射；和使用被确定的相位和振幅来确定感兴趣的特性。
附图说明
13.现在将参考示意性附图仅通过举例的方式描述本发明的实施例，在附图中：
[0014]-图1描绘了光刻设备的示意性概述；
[0015]-图2描绘了光刻单元的示意性概述；
[0016]-图3描绘了整体光刻术的示意性表示，其表示用于优化半导体制造的三种关键技术之间的协作；
[0017]-图4图示了根据本发明的实施例的检查设备；
[0018]-图5示意性地描绘了使用euv辐射的量测方法；
[0019]-图6示意性地描绘了根据本发明的实施例的euv量测装置；
[0020]-图7描绘了多重光栅目标的已知形式和衬底上的测量斑的轮廓；
[0021]
图8描绘了由诸如本文论述的量测方法获得的图7的目标的图像；和
[0022]
图9示意性地描绘了根据本发明的实施例的量测方法。
具体实施方式
[0023]
在本文中，术语“辐射”和“束”被用于涵盖全部类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外辐射(euv，例如具有在约5-100nm的范围内的波长)。
[0024]
如本文中所使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以被宽泛地解释为指可以用于赋予入射辐射束图案化的横截面的通用图案形成装置，所述图案化的横截面对应于将要在衬底的目标部分中产生的图案。术语“光阀”也能够用于这种内容背景中。除了经典掩模(透射式或反射式；二元式、相移式、混合式等)以外，其它这样的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。
[0025]
图1示意性地描绘了一种光刻设备la。所述光刻设备la包括：照射系统(也称为照射器)il，配置成调节辐射束b(例如uv辐射、duv辐射或euv辐射)；掩模支撑件(例如掩模台)mt，构造成支撑图案形成装置(例如掩模)ma并且连接到第一定位器pm，所述第一定位器pm配置成根据特定参数来准确地定位图案形成装置ma；衬底支撑件(例如晶片台)wt，构造成保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)w并且连接到第二定位器pw，所述第二定位器pw配置成根据特定参数来准确地定位衬底支撑件；和投影系统(例如折射型投影透镜系统)ps，配置成将由图案形成装置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。
[0026]
在操作中，照射系统il接收来自辐射源so的辐射束，例如经由束传递系统bd。照射系统il可以包括各种类型的光学部件，诸如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型和/或其它类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形和/或控制辐射。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所期望的空间强度分布和角强度分布。
[0027]
本文使用的术语“投影系统”ps应该被广义地解释为涵盖各种类型的投影系统，包括折射型光学系统、反射型光学系统、反射折射型光学系统、变形型光学系统、磁性型光学系统、电磁型光学系统和/或静电型光学系统或其任意组合，对于所使用的曝光辐射和/或对于诸如浸没液体的使用或真空的使用之类的其它因素来说合适的。本文使用的任何术语“投影透镜”可以被认为与更上位的术语“投影系统”ps同义。
[0028]
光刻设备la可以是这样一种类型：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，以便填充投影系统ps和衬底w之间的空间-其也称为浸没光刻术。关于浸没技术的更多信息在us6952253中给出，该专利通过引用并入本文中。
[0029]
光刻设备la也可以是具有两个或更多衬底支撑件wt(也称为“双平台”)的类型。在这种“多平台”机器中，衬底支撑件wt可以并行使用，和/或准备随后曝光衬底w的步骤可以在位于一个衬底支撑件wt上的衬底w上进行，而另一个衬底支撑件wt上的另一衬底w用于在另一衬底w上曝光图案。
[0030]
除了衬底支撑件wt之外，光刻设备la可以包括测量平台。测量平台被布置成保持传感器和/清洁装置。传感器可以被布置成测量投影系统ps的属性或辐射束b的属性。测量平台可以保持多个传感器。清洁装置可以被布置成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。当衬底支撑件wt远离投影系统ps时，测量平台可以在投影系统ps的下方移动。
[0031]
在操作中，所述辐射束b入射到保持在掩模支撑件mt上的所述图案形成装置(例如掩模)ma上，并且通过所述图案形成装置ma上呈现的图案(设计布局)来图案化。在已横穿掩模ma的情况下，辐射束b传递通过投影系统ps，该投影系统ps将所述束聚焦到衬底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
便在被聚焦且对准的位置处将不同的目标部分c定位在辐射束b的路径中。类似地，可以将第一定位器pm和可能的另一个位置传感器(图1中未明确描绘出)用于相对于所述辐射束b的路径准确地定位图案形成装置ma。可以使用掩模对准标记m1、m2和衬底对准标记p1、p2将图案形成装置ma和衬底w对准。尽管所示的衬底对准标记p1、p2占据了专用目标部分，但是它们可以位于多个目标部分之间的空间中。当衬底对准标记位于多个目标部分c之间时，衬底对准标记p1、p2被称作划线对准标记。
[0032]
如图2所示，光刻设备la可以构成光刻单元lc的一部分，所述光刻单元lc有时也称为光刻元或(光刻)簇，其常常还包括在衬底w上执行曝光前和曝光后过程的设备。常规地，这些设备包括：用于沉积抗蚀剂层的旋涂器sc，用于显影被曝光的抗蚀剂的显影器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和焙烤板bk。衬底处理装置或机器人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，然后将衬底w传送到光刻设备la的进料台lb。光刻单元中的这些装置常常还统称为涂覆显影系统，并且典型地由涂覆显影系统控制单元tcu控制，该涂覆显影系统控制单元tcu本身可以由管理控制系统scs控制，该管理控制系统scs也可以例如经由光刻控制单元lacu来控制光刻设备la。
[0033]
为了使由光刻设备la曝光的衬底w正确且一致地曝光，期望检查衬底以测量图案化结构的属性，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(cd)等。为此，在光刻单元lc中可以包括检查工具(未示出)。如果检测到误差，例如可以对随后的衬底的曝光或将要在衬底w上执行的其它处理步骤进行调整，特别是在检查是在同一批量或批次的其它衬底w仍将要曝光或处理之前进行的情况下。
[0034]
检查设备(其也可以被称为量测设备)用于确定衬底w的属性，尤其是确定不同衬底w的属性如何变化或与同一衬底w的与不同层相关联的属性如何在不同层间变化。检查设备可以可替代地被构造为识别衬底w上的缺陷，并且例如可以是光刻单元lc的一部分，或者可以被集成到光刻设备la中，或者甚至可以是独立的装置。检查设备可以测量潜像(曝光后的抗蚀剂层中的图像)、半潜像(曝光后焙烤步骤peb之后的抗蚀剂层中的图像)或显影后的抗蚀剂图像(其中已去除抗蚀剂的已曝光的或未曝光的部分)、或者甚至蚀刻后的图像(在图案转印步骤(诸如蚀刻)之后)的属性。
[0035]
典型地，光刻设备la中的图案化过程是在所述处理中最关键的步骤之一，所述处理要求以高准确度进行尺寸化和放置衬底w上的结构。为了确保这种高准确度，可以将三个系统组合为所谓的“整体”控制环境，如图3所示意性地描绘的。这些系统中的一个系统是光刻设备la，所述光刻设备la(实质上)连接到量测工具mt(第二系统)和计算机系统cl(第三系统)。这种“整体”环境的关键是优化这三个系统之间的协作，以增强整个过程窗口，并提供紧密的控制回路以确保由光刻设备la执行的图案化保持在过程窗口内。过程窗口定义了过程参数(例如，剂量、聚焦、重叠)的范围，在所述范围内，具体的制造过程会产生被定义的结果(例如，功能半导体器件)，典型地在所述范围内允许改变在光刻过程或图案化过程中的过程参数。
[0036]
计算机系统cl可以使用将要被图案化的设计布局(的一部分)，以预测使用哪种分辨率增强技术，并执行计算光刻模拟和计算以确定哪些掩模布局和光刻设备设定实现图案化过程的最大的总体过程窗口(在图3中由第一标度sc1中的双箭头描绘)。典型地，分辨率
增强技术被布置为匹配光刻设备la的图案化的可能性。计算机系统cl还可以用于检测光刻设备la当前正在过程窗口内的何处操作(例如，使用来自量测工具mt的输入)，以预测是否存在由于例如次优处理导致的缺陷(在图3中由第二标度sc2中的箭头指向“0”所描绘)。
[0037]
量测工具mt可以向计算机系统cl提供输入以实现准确的模拟和预测，并且可以向光刻设备la提供反馈以识别可能的漂移，例如，在光刻设备la的校准状态下(在图3中由第三标度sc3中的多个箭头描绘出)。
[0038]
在光刻过程中，期望频繁地测量所产生的结构，例如用于进行过程控制和验证。已知用于进行这种测量的各种工具，包括扫描电子显微镜或各种形式的量测设备，诸如散射仪。已知的散射仪的示例常常依靠专用量测目标的提供，诸如，欠填充的目标(呈简单的光栅或不同层中的重叠光栅的形式的目标，其足够大使得测量束产生小于光栅的斑)或过填充的目标(由此照射斑部分或完全包含该目标)。另外，使用量测工具(例如，照射欠填充的诸如光栅的目标的角度分辨散射仪)会允许使用所谓的重构方法，其中能够通过模拟散射辐射与目标结构的数学模型的相互作用并比较模拟结果和测量的结果来计算光栅的属性。调整所述模型的参数，直到模拟的相互作用产生类似于从实际目标观察到的衍射图案的衍射图案为止。
[0039]
散射仪是一种多功能仪器，其允许通过在散射仪物镜的光瞳或与该光瞳共轭的平面中设置传感器来测量光刻过程的参数(该测量通常称为基于光瞳的测量)，或者允许通过将传感器设置在图像平面中或与图像平面共轭的平面中来测量光刻过程的参数(在这种情况下，所述测量通常称为基于图像或场的测量)。在专利申请us20100328655、us2011102753a1、us20120044470a、us20110249244、us20110026032或ep1,628,164a中进一步描述了这种散射仪和相关联的测量技术，这些专利申请通过引用全文并入本文。前述散射仪能够在一个图像中使用从软x射线和可见光到近ir波长范围的光来测量来自多重光栅的多个目标。
[0040]
在图4中描绘了量测设备，诸如散射仪。所述量测设备包括宽带(白光)辐射投影器2，辐射投影器2将辐射5投影至衬底w上。被反射或散射的辐射10被传递到光谱仪检测器4，光谱仪检测器4测量被镜面反射的辐射10的光谱6(即，作为波长λ的函数的强度i的测量结果)。根据该数据，通过处理单元pu，例如通过严格耦合波分析和非线性回归或通过与被模拟的光谱库进行比较，可以对产生被检测到的光谱的结构或轮廓8进行重构。一般而言，对于重构，结构的一般形式是已知的，且根据对于制造所述结构的过程的知识来假定一些参数，从而仅留下结构的几个参数将要根据散射测量数据确定。这种散射仪可以被配置为正入射散射仪或倾斜入射散射仪。
[0041]
euv光谱反射量测术
[0042]
图5图示了euv量测方法，而图6图示了euv量测设备300。该设备能够用作用于测量在图1的制造系统中处理的衬底w的参数的euv量测设备244的示例。由euv量测设备使用的照射辐射可以包括在从0.1nm至100nm的波长范围中、或可选地在从1nm至100nm的波长范围中、或可选地在从1nm至50nm的波长范围中、或可选地在从10nm至20nm的波长范围中的辐射。
[0043]
在图5中，目标t示意性地表示为包括球面参考坐标系的原点处的一维光栅结构。相对于该目标来定义x轴、y轴和z轴。(当然，原则上可以定义任何任意坐标系，且每个部件
可以具有其自有的可相对于所示出的参考坐标系而定义的局域参考坐标系)。目标结构的周期性d的方向与x轴对准。该图并非真实的透视图，而仅为示意性的图示。x-y平面是目标和衬底的平面，为了清晰起见，示出为朝向观看者倾斜，由圆302的斜视图表示。z方向定义与衬底正交的方向n。在图5中，入射射线中的一条射线被标注为304，并具有掠入射角α。在该示例中，入射射线304(和形成辐射斑s的所有入射射线)实质上处于与x-z平面平行的平面(也就是，定义方向d和n且由圆306表示的平面)中。不由目标t的周期性结构散射的被反射的射线308朝向图中的目标的右侧出现，并且仰角为α。
[0044]
为了执行光谱反射量测术，使射线308和其它被反射的射线分成包括不同波长的射线的光谱310。所述光谱可以例如使用掠入射衍射光栅312来产生。所述光谱由光谱检测器313检测。可以(例如)为具有像素阵列的ccd图像检测器的该光谱检测器313用以将光谱变换成电信号且最终变换为数字数据以用于分析。
[0045]
除了光谱310之外，可以使用衍射阶检测器350来检测较高(非零)的衍射阶352(例如，至少 1和-1阶，以及可能的其它较高阶)。尽管这里示出了一个衍射阶检测器350，但是可以使用一个以上的较高阶检测器；例如，第一较高阶检测器用于 1阶，第二较高阶检测器用于-1阶。衍射阶检测器350可以例如是具有像素阵列的ccd图像检测器。
[0046]
在实际系统中，辐射304的光谱可能经受时间变化，这会干扰分析。为了使被检测到的光谱310和/或较高衍射阶352相对于这些变化被归一化，参考光谱由参考光谱检测器314捕获。为了产生参考光谱，源辐射316被另一衍射光栅318衍射。光栅318的零阶反射射线形成入射射线304，而光栅318的一阶衍射射线320形成由参考光谱检测器314检测的参考光谱。获得表示参考光谱的电信号和数据以用于分析。
[0047]
根据针对入射角α的一个或更多个值而获得的测量光谱310和/或较高衍射阶352，可以以下文进一步描述的方式来计算目标结构t的属性的测量结果。
[0048]
转到图6，提供euv量测设备300，用于通过图5的方法测量形成在衬底w上的量测目标t的属性。各个硬件部件被示意性地表示。根据众所周知的设计原理，能够由相关技术人员施加现有部件和特别设计的部件的混合来执行这些部件的实际实施。提供支撑件(未详细示出)，以用于将衬底相对于将要描述的其它部件保持在期望的位置和方向。辐射源330向照射系统332提供辐射。照射系统332提供由射线304表示的euv照射辐射束，euv照射辐射束在目标t上形成聚焦辐射斑。照射系统332还向参考光谱检测器314提供参考光谱320。部件312、313等可以方便地被视为光谱检测系统333。
[0049]
在该示例中，衬底w安装在具有定位系统334的可移动支撑件上，使得能够调整射线304的入射角α和/或能够调整衬底w的x、y和z位置。在该示例中，为了方便起见，选择倾斜衬底w以改变入射角，而源330和照射系统332保持静止。为了捕获反射射线308，检测系统333设置有另外的可移动支撑件336，使得其相对于静止的照射系统移动角度2α，或相对于衬底移动角度α。在反射的掠入射系统中，通过参考衬底的平面来定义入射角α是方便的，如图所示。当然，它同样可以被定义为入射射线i的入射方向与正交于衬底的方向n之间的角度。
[0050]
提供附加的致动器(未示出)，用于将每个目标t带到辐射的聚焦斑s所在的位置。(从另一角度来看，将斑带到目标所在的位置。)在实际应用中，可能会在单个衬底上以及在一系列衬底上测量一系列单个目标或目标部位。原则上，在照射系统和检测器313、350保持
静止时衬底和目标是否移动和重新定向，或者在照射系统和检测器313、350移动时衬底是否保持静止，或者是否通过这些技术的组合实现相对运动的不同部件是不重要的。本公开涵盖所有这些变形例。
[0051]
如已经参考图5所描述，由目标t和衬底w反射的辐射在其撞击光谱检测器313之前被分隔成不同波长的射线的光谱310。光谱检测器313和/或衍射阶检测器350包括例如位置敏感euv检测器，典型地是检测器元件的阵列。在每种状况下，所述阵列可以是线性阵列，但实际上可以提供元件(像素)的二维阵列。光谱检测器313和/或衍射阶检测器350可以是例如ccd(电荷耦合器件)图像传感器。
[0052]
处理器340接收来自检测器350、313和314的信号。具体地，来自光谱检测器313的信号st表示目标光谱，来自衍射阶检测器350的信号sf表示较高阶衍射图案，来自检测器314的信号sr表示参考光谱。处理器340能够从目标光谱中减去参考光谱以获得目标的反射光谱，所述目标的反射光谱相对于源光谱的变化被归一化。在处理器中使用得到的到的一个或更多个入射角的反射光谱来计算目标的属性(例如cd或重叠)的测量结果。类似地，处理器340能够从较高衍射阶图案(光谱)352中减去参考光谱以获得较高阶衍射图案，所述较高阶衍射图案相对于源光谱的变化被归一化。这些较高衍射阶图案352能够在强度不对称性测量中进行比较，以计算目标的属性(例如，重叠或聚焦)的测量结果。
[0053]
实际上，来自源330的辐射可以被提供成一系列短脉冲，并且信号sr和st可以针对每个脉冲一起被捕获。在被聚集到针对该入射角的该目标的整体反射光谱之前，每个单独脉冲的差值信号被计算。以这种方式，校正脉冲之间的源光谱的不稳定性。脉冲率可以是数千、甚至数万/秒(赫兹)。例如，被聚集以测量一个反射光谱的脉冲数可以是数十或数百。即使有这么多脉冲，物理测量只花费零点几秒。
[0054]
在对半导体制造中的量测应用这种euv光谱反射量测术时，能够使用小的光栅量测目标。使用检测器350、313和314捕获多个衍射光谱，同时将掠入射角α设定为各种不同的值。通过使用由光谱检测器313检测到的光谱和目标结构的数学模型，可以执行重构计算以获得对cd和/或其它感兴趣的参数的测量结果。替代地或另外地，可以比较由衍射阶检测器350检测到的互补的较高衍射阶，以确定目标结构中的不对称性，因此依赖于目标属性来确定一个或更多个相关的感兴趣的参数，例如重叠、聚焦或剂量。
[0055]
在散射仪mt的一个实施例中，散射仪mt适于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相关。类似的方法可以用于测量专用目标上的聚焦，所述专用目标形成有依赖于聚焦的不对称性。在重叠的状况下，两个(典型的，交叠的)光栅结构可以施加在两个不同的层(不一定是连续的层)中，并且可以形成在晶片上的实质上相同的位置处。散射仪可以具有例如在共同拥有的专利申请ep1,628,164a中所述的对称检测配置，从而任何不对称性可以被清楚地区分。这提供了一种测量光栅中未对准的简单方法。用于通过作为目标的周期性结构的不对称性来测量包含周期性结构的两层之间的重叠误差的其它示例可以在pct专利申请公开号wo 2011/012624或美国专利申请us 20160161863中找到，这些申请通过引用其全部内容并入本文。
[0056]
图7示出了衬底w上的示例性量测目标t，诸如所述量测目标t可以用于测量重叠。目标t可以包括通过光刻过程主要是在抗蚀剂中形成的复合光栅或子目标32、33、34、35的
整体，但是也可以包括在例如蚀刻过程之后形成的复合光栅或子目标32、33、34和35的整体。对于重叠应用，子目标32、33、34、35可以是形成在晶片上同一位置但不一定是连续的层中的一对类似光栅(相同节距、cd、swa等)。量测设备将测量这两个重叠光栅之间的未对准，其称为重叠测量。在实施例中，目标t可以被设计为用于使用合适的散射仪进行暗场测量。暗场目标将典型地被制作为小于可利用的照射斑31(典型的目标为5x5平方微米，而照射斑的直径为35微米)。这样，存在的足够的空间以使用可以同时被测量的多个重叠子目标32、33、34、35，从而允许测量多个功能。如所示出的，子目标32、33、34、35的方向可以不同，以便沿x方向和y方向衍射入射辐射。在所图示的具体示例中，子目标32和34是分别偏置为 d、-d的x方向子目标，子目标33和35是分别偏置为 d和-d的y方向子目标。可替代地，仅一个方向上的测量可能仅需要一半的子目标，即，仅与该方向相对应的子目标。尽管四个子目标被示出，但是另一实施例可以包括更大的矩阵来获得所期望的准确度。例如，9个复合子目标的3
×
3阵列可以具有偏置-4d、-3d、-2d、-d、0、 d、 2d、 3d、 4d。这些子目标的分离的图像能够在由检测系统捕获的图像中被识别。
[0057]
在实施例中，随后能够确定目标的不对称性，并且因此确定例如重叠。这可以使用图像处理器和控制器、通过比较每个周期性结构32-35的 1阶和-1阶(或其它互补的较高阶)所获得的强度值以识别其强度的任何差异(即，强度不对称性)来完成。术语“差异”并不旨在仅是指减法。差异可以以比例的形式或总和的形式计算。多个周期性结构的所测量的强度不对称性与(如果适用)这些周期性结构的重叠偏置的知识一起被用于计算目标t附近的光刻过程的一个或更多个性能参数。感兴趣的性能参数是重叠。能够计算光刻过程的其它性能参数，诸如聚焦和/或剂量。一个或更多个性能参数能够被反馈回以改善光刻过程，例如用于改善散射仪本身的测量和计算过程并且用于改善目标t的设计。
[0058]
更具体地，使用例如全部内容通过引用而并入本文的pct专利申请公开号wo 2011/012624或美国专利申请us 20160161863所描述的方法，可以通过包括以下步骤的方法测量包含子目标32至35的两个层之间的重叠。在初始步骤中，通过图2的光刻单元处理衬底(例如半导体晶片)一次或更多次，以创建包括包含周期性结构32-35的目标的结构。在下一步骤中，使用一阶衍射束中的一个一阶衍射束(如，-1衍射束)从周期性结构32-35获得第一衍射图案。在实施例中，使用第一照射模式。然后，无论是通过例如改变照射模式，改变成像模式，还是通过在量测设备的视场中将衬底w旋转180
°
，都可以使用另一个一阶衍射束( 1衍射束)从周期性结构获得第二衍射图案。因此，在第二图像中捕获了 1衍射辐射。在实施例中，改变照射模式并且使用第二照射模式。在实施例中，能够通过在0
°
和180
°
衬底方向上进行测量来去除如tis(工具诱发移位)之类的工具诱发伪像。然后，例如，通过计算每个子目标的衍射图案内的强度水平的差异来比较第一衍射图案和第二衍射图案。
[0059]
图8示出了作为上述方法的部分(例如通过使用图6的设备)使用图7的目标而可以在传感器上形成且由传感器检测到的图像的示例。黑色的矩形表示传感器上的图像的场，衬底上的照射斑31在该场内被成像到相应的圆形区域41内。在该图像内，矩形区域42-45表示小的目标光栅32至35的图像。如果目标位于产品区域中，则也可能在该图像场的周边看见产品特征。图像处理器和控制器pu使用图案识别来处理这些图像，以识别光栅32至35的分离的图像42至45。这样，所述图像不必非常精确地在传感器框架内的特定部位处被对准，这极大地改善了整个测量设备的生产量。一旦光栅的分离的图像已被识别，那些单独的图
像的强度就能够被测量，例如通过对所识别区域内的选定的像素强度值求平均值或求和。图像的强度和/或其它属性能够相互比较。这些结果能够被组合以测量光刻过程的不同参数。重叠性能是这种参数的重要示例。
[0060]
下文中将要论述的本发明的实施例可以在上文论述的量测设备或检查设备中的一个中实施。本发明的实施例涉及用于确定衬底上的至少一个结构(例如，目标)的感兴趣的特性的方法和/或量测设备或检查设备。
[0061]
在当前的量测设备中，典型地使用空间非相干光源。为了增加光子通量(以便减少测量时间)，期望(至少部分)使用具有aotf(声光可调滤光器)的相干光源(诸如白光激光器)来选择测量波长和/或带宽。相干照射源还可以允许较小的照射斑，这也是有益的(例如，为了支持较小的目标尺寸或防止对目标附近的结构进行照射)。另外，典型地，在当前的量测设备中，所支持的波长范围被限制为大约400nm至900nm。
[0062]
一般来说，合适的高品质的强度图像的测量需要光学器件在宽的波长λ范围上应具有低的像差规格，使得存在选择最佳量测波长和/或带宽的灵活性。宽的波长范围将实现覆盖大量不同材料、堆叠和应用的测量。同时，光学器件还应该具有使相邻结构之间的串扰最小化的大的数值孔径na(例如，na》0.8)和大的视场。其它考虑因素为大的动态范围(低的重影/反射)和与抑制零阶的暗场量测原理的兼容性。
[0063]
在单个量测设备中实施所有这些要求和期望的特征非常困难或不可能，因为其中的许多特征将对传感器光学器件施加竞争要求以维持足够低的像差性能。具体来说，在符合其它要求的同时将照射辐射的波长范围增大至显著超出目前的400nm至900nm将使传感器光学器件的像差性能变差。这将导致增大的像差，进而将使检测器强度图像品质变差。
[0064]
特别地，期望与较大的视场(》50μm)组合地促进较大的波长范围，例如200nm至2000nm。并非试图在保持像差性能的同时光学地实现该目的，而是建议通过允许传感器光学器件具有更大的像差来实现。当然，除非采取某种措施来补偿这些光学像差的效应，否则简单地允许传感器光学器件内的较大像差将对图像品质产生无法接受的影响。因此，提出使用计算成像技术来补偿放宽对传感器光学器件内的像差性能的要求的负面效应。
[0065]
这样，提出了在量测设备中使用计算成像来测量使用光刻过程形成的衬底上的结构。
[0066]
要注意的是，代替量测设备，还可以获悉量测系统。例如，不必在同一设备中执行测量和图像处理。可以将分离的图像处理设备耦接到量测设备以形成量测系统。还应注意，代替量测设备或量测系统，可以读取检查设备或检查系统。例如，包括本发明的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。在这样的实施例中，衬底上的结构的特性可以与结构中的缺陷、结构的特定部分的不存在或者衬底上不想要的结构的存在有关。
[0067]
在可选的实施例中，还提出了一种量测设备，包括光学传感器布局，在该光学传感器布局中，将用于照射和检测分支的光学器件分开，以减少重影、杂散光和/或反射。
[0068]
更具体地，提出了基于(例如，相对较低品质的)强度测量、用相位获取代替目标检测器强度图像(即，包括在检测器处的电场的振幅/强度的被照射目标的图像)的直接测量，它根据电场振幅和相位来描述目标和照射辐射的相互作用。该描述可以包括例如在紧邻目标上方的平面处的电场和/或磁场的表示。在这样的实施例中，借助于在平行于目标的平面
中的(例如，二维)表面上的极小电流偶极子和/或磁流偶极子，将被照射的目标电场图像和/或磁场图像模型化为等效的源描述。这样的平面可以例如是紧接在目标上方的平面，例如，根据瑞利准则聚焦的平面。应当注意，当前的量测设备在共轭平面处检测强度图像，该共轭平面在目标的正上方或在目标内。但是，模型平面的部位并不重要：一旦知道一个平面上的振幅和相位，它们就可以在时间上向前或向后传播到其它任何平面(例如聚焦、散焦甚至是光瞳平面)。所选择的平面可以位于(例如，非理想的，有像差的)光学器件之前，使得在遵循相位获取算法的重新成像步骤中，所述目标能够在优选的情况(例如，假设理想的传感器光学器件和/或(几乎)无限的数值孔径、和/或特定的(部分)相干性、和/或优化的光瞳(复数)转移掩模/功能)下以计算的方式重新成像。可替代地，描述可以包括目标的复数传输或其二维等效物。
[0069]
典型地，所测量的目标具有单位磁导率和非单位电容率。因此，在实施例中，提出仅使用电流偶极子而不使用磁偶极子来表示目标和照射的组合。
[0070]
所提出的相位获取可以用于获得附加的目标信息，例如，不仅是强度/振幅，而且还可以是相位信息和/或扩展的波长范围。而且，所提出的相位获取可以用于获得更好品质的目标信息，其能够用于例如计算重叠或聚焦(例如，使用现有的重叠或聚焦算法)。品质更好的目标信息可能仅与强度/振幅相关，或者与强度/振幅和相位两者相关。例如，这种品质更好的目标信息可以由相位获取算法中的传感器光学器件中的像差校正和/或由相位获取算法中的目标先验知识产生。
[0071]
已经设计了(候选)相位获取算法，该算法可以与任何光学传感器布局结合，因为它仅需要评估前向光学模型及其导数的计算。随后将描述该相位获取算法的设计的更多细节。
[0072]
可替代地，或者与现有技术方法结合，可以进行多样的测量。为了实现多样性，可以在多个测量之间(略微)更改成像系统。多样的测量的示例是全聚焦步进，即，通过获得不同聚焦位置的测量。引入多样性的替代方法包括例如使用不同的照射波长或不同的波长范围、调制照射、或在多个测量之间改变照射在目标上的入射角。
[0073]
在实施例中，可以在形成量测设备的部分的处理器上执行本文描述的方法，例如，更具体地通过执行合适的算法进行相位获取以及确定感兴趣的特性。这样，量测设备的现有成像检测光学器件可以被新的/其它检测光学器件、相位获取算法、和可选地将重构的电场(振幅和相位两者)以计算的方式重新成像成检测器强度和/或相位图像替代。
[0074]
图9是示意性地描述本文所公开的方法的流程图。图9示出了包括传感器光学器件和检测器910的量测设备900。如已经描述的，传感器光学器件可以具有以像差性能为代价的增加的能力(例如，大的波长范围/视场/na)。在测量获取期间，在检测器910上捕获(例如，目标的)图像920。然而，由于传感器光学器件中的像差，该图像920会具有不足的品质。相位获取算法930用于确定在与目标平行的平面(例如，在目标正上方)处的电场的振幅a和相位φ。使用理想传感器的前向模型(例如，像差和相干性)，对目标进行重新成像940以获得在检测器910的平面处的场的强度i(除了相位φ之外)。不需要目标模型。然后，使用合适的算法950以常规方式计算感兴趣的特性960。例如，可以根据正常的和互补的(正的和负的)较高衍射阶对中的强度不对称性(强度差异)来计算重叠。
[0075]
相位获取算法能够与以下三种光学传感器/检测器布局中的任一种组合：
[0076]
●
检测器位于图像平面(也称为场平面)中/附近的目标的测量。
[0077]
○
这有可能需要使用一物镜，因为在没有物镜(即，使用自由空间传播)的情况下检测器将需要不切实际地靠近该目标(例如，对于大的视场，目标至检测器的距离小于100μm)。
[0078]
●
检测器位于光瞳平面(也称为傅立叶平面)中/附近的目标的测量。
[0079]
这能够以两种方式实施：
[0080]
○
使用目标与检测器之间的透镜充当检测光学器件。
[0081]
○
使用目标与检测器之间的自由空间传播(即，在例如如在图5和图6中图示的无透镜配置中)，由此该检测器位于远场中/附近。
[0082]
·
检测器位于图像平面与光瞳平面之间的目标的测量。
[0083]
检测器可以放置于这些部位中的多于一个的部位中，使得通过使用每个位于不同平面中的多个检测器，这些布局中的两个或更多个的任意组合是可能的。
[0084]
能够示出的是，使检测器位于图像平面中或光瞳平面中将导致当使用如本文中所描述的相位获取方法时，针对高数值孔径状况，在测量的目标象限强度上的相当的光子散粒噪声性能。
[0085]
使检测器位于图像平面和/或光瞳平面中/附近和/或位于图像平面与光瞳平面之间的优势在于，可以使用多个目标散焦(即，多个聚焦设定)来获得同一目标的更多信息(多样性测量)。当检测器位于远场中/附近时(即，当在目标与检测器之间仅使用自由空间传播时)，这(原则上)是不可能的。
[0086]
为了获得在不同聚焦设定下的多样性测量结果(全焦点测量结果)，显然，可以在图像捕获之间变更样本(目标)与传感器之间的距离。这能够通过使样本移位来实现。然而，这种方法导致大的计算量，因为光以数字化的方式传播通过整个光学系统，以获取样本平面处的完整电场。为了减少计算量，可以使得传感器而不是样本移位。以这种方式，为了在检测器平面处获取场，仅需要在测量平面之间的自由空间传播。例如，可以通过基于迭代的菲涅耳传播算法，或者通过强度传输方程(tie)来完成这种相位获取。现在，该检测器平面场仅需要通过设置以数字化的方式传播一次，以在物体平面上获取光场。
[0087]
然而，与目标的移位相比，所需的传感器的移位要长得多。这与光学系统放大率的平方成比例。这就造成了明显的速度限制：传感器必须平移很长的距离。为了解决这个问题，提出了另一全焦点的测量设置，其实现全焦点的测量而没有样本或传感器的机械移位。在这种设置中，成像系统的焦距通过电子装置进行调谐。以这种方式，最终光学元件和图像平面之间的距离是固定的。一种可能的实施方式使用电可调谐透镜(etl)，该透镜位于成像系统的低na侧。这种etl具有快速调谐响应，从而可实现快速的全焦点测量。etl是商业上可获得的，除了快速调谐外，还具有较高的传输带宽、较低的变形和较低的成本。
[0088]
对于无透镜示例，将检测器定位在光瞳平面中/附近的优点在于，如果目标和检测器之间的距离足够大(例如，≥50mm)，则检测光学器件的像差能够是忽略不计，或者如果该距离较小(例如，《50mm)，则像差是众所周知的，不需要校准。
[0089]
例如，检测光学器件像差校准可以基于针对多个不同的旋转角度(rz)和/或位置偏移(沿x和y方向)测量相同的目标。也可以使用类似的方法来校准/特征化照射斑振幅、相位和/或相干分布(例如照射斑点)。
[0090]
可以使用空间上不相干的照射辐射(例如，来自空间上不相干的源)、使用空间上相干的照射辐射(例如，来自空间上相干的源)或使用空间上部分相干的照射辐射(例如，来自空间上部分相干的源)来照射目标。在使用部分相干的照射辐射的后一种状况下，并且在检测器位于图像平面中/附近的情况下，其效应能够通过相干系统求和的方法来模型化。如果检测器位于光瞳平面中/附近，那么谢尔定理可以提供一种替代的模型化方法，该方法在计算上的要求比相干系统求和方法要低。
[0091]
典型地期望最大化波长与目标节距的比率(以下称为λ/p比率)。然而，随着光学器件的数值孔径(na)的增加，捕获高于第一衍射阶的阶(例如，第二衍射阶)的可能性相应增加。在当前的散射测量系统中，这典型地会破坏捕获的图像。本文所述的提出的方法提供了使用计算技术消除二阶衍射的影响的额外机会。
[0092]
用于最小化二阶衍射的效应的第一提议包括使用多个低na透镜和检测器对，例如彼此相邻，使得同一检测器不捕获两个衍射阶。这能够实际上经由诸如本文所述的计算成像系统来实施，因为用于这种系统的所提出的光学器件相对简单(例如，在目标和检测器之间包括一个双非球面透镜的检测光学器件)。
[0093]
用于使二阶衍射的效应最小化的另一提议包括利用如本文所述的相位获取算法。代替以所描述的方式仅获取目标的一个振幅和相位图像，提出同时获取目标的多个图像，即，每个衍射阶一个图像。更具体地，提出了能够传播到所述传感器的每个衍射阶同时获取一个振幅和相位图像。除了适用于标量状况外，这种方法还适用于全矢量状况。
[0094]
如将在下面(在标题为“示例相位获取算法”的章节中)进一步详细描述的，可以将总变化激发的正则化(即，先验知识)应用到与多个照射波长和/或照射偏振对应的振幅和相位图像。提出这种正则化也能够施加于传播到传感器的多个衍射阶所产生的振幅和相位图像。应该注意的是，每个衍射阶传播一个相位和振幅图像等效于获得被样本辐射的电磁光场和目标的几何参数，从而随后通过(例如)傅立叶分解或光传播本身将该场分割成多个衍射阶。
[0095]
将会了解，电磁光场(强度和相位)也能够使用全息设置来获得。
[0096]
无论是全息测量还是使用计算相位获取，都可以使目标以计算的方式重新成像，以引入任意(例如，选定/优化的)光瞳滤光/遮蔽。以这种方式，有可能获取目标的(以计算的方式)重新成像的感测图像，其包括源自(获取的)目标的衍射阶信息的选择/优化的组合。
[0097]
进一步扩展，有可能使用相位获取算法来获得关于零阶和较高衍射阶的信息。这能够通过以下步骤来完成：a)从高分辨率图像开始并执行适当的傅立叶变换(傅立叶分解)，因此对高分辨率图像进行滤波；或b)从每个相关衍射阶的分离的图像开始，并对所述的相位获取算法施加额外的正则化和/或约束(例如，不同衍射阶的图像相似性)。
[0098]
在实施例中，本文描述的任何方法可以包括在不同条件下对目标电场(例如，目标水平的电场和/或磁场，包括复数目标图像)以计算的方式重新成像，所述条件例如对于不同的检测光学器件、孔遮蔽条件和/或照射条件。无论是使用例如计算相位获取来测量复数目标图像还是直接使用全息术来测量复数目标图像，这都适用。
[0099]
例如，以计算的方式优化的照射条件可以包括用完全不相干照射进行以计算的方式重新成像。这典型地会导致图像更平滑，并出现较少的振铃伪像。这可以被视为相干滤波
的一种形式，这可能有益于减少检测器强度图像中出现的振铃伪像，否则振铃伪像会影响所测得的平均强度。
[0100]
这种计算重新成像的技术也可以用于以数字化的方式施加变迹。目前，出于减小正通过工程设计成像系统的(复数)点扩散函数来测量的多个结构之间的串扰的目的，变迹可以凭借在成像系统的光瞳平面中(或附近)的实体变迹器来施加。这种实体变迹器抛弃光，导致在束路径中的额外反射和损失。数字变迹算法还具有其允许变迹的动态调谐的优点，使得能够将其针对具体的目标/晶片/器件结构组合来调整。
[0101]
另外，照射条件的数字传播和/或调谐可以包括以下的优化：
[0102]
·
(数字)照射相干性；假定在目标水平下的电场具有完全空间相干性、部分空间相干性或是空间上非相干的。这能够例如通过在重新成像模型中引入照射器来实现。可替代地，有可能直接更改目标的空间相干性(例如，假定在目标中超出某一距离的点相互非相干)。当以计算的方式获取在目标水平下的场时，这是可能的，因此在那种意义上，当获取目标时，不需要在模型中的明确的照射器。
[0103]
·
(数字)照射遮蔽；即，阻挡目标照射的一些区；
[0104]
·
(数字)照射光谱形状；
[0105]
·
(数位)照射偏振；这需要执行针对至少两个不同的照射偏振的分离的测量结果，或替代地，呈现照射和目标的非常好的模型；
[0106]
·
(数字)光学器件中的(数字)偏振器，其在全矢量实施(在该情况下，存在对电场的偏振分量的存取)的状况下，抑制上述串扰效应；
[0107]
·
选择/优化衍射阶(如已描述)的组合；例如，通过优化光瞳滤波/遮蔽以获取目标的导出的(重新成像的)所感测的图像，其包括源自(获取的)目标的衍射阶信息的所选择的/优化的组合；
[0108]
·
优化或改变从目标至传感器的光学路径中的一或更多个条件。基本上，成像系统中能够实体改变的任何事物能够在其数字模型中以数字化的方式改变；这可以包括(例如)：改变检测光学器件的光学细节(例如，改变检测光学器件的na)、改变任何其它透镜/光学部件(例如，改变焦距和/或引入/更改/去除像差)、(以数字化的方式)引入检测分支中的滤波器；
[0109]
·
选择/优化不同的聚焦设定，例如，在与对应于实际测量的聚焦不同的聚焦值下的重新成像。重新成像以聚焦于图像(例如，在单个聚焦设定中获得)中的不同层。
[0110]
也可能平均化多个图像(即，平均化凭借如上所述的重新成像计算的多个图像)。在本章节的其余部分中，为简洁起见，以计算的方式重新成像的图像被描述为“重新的图像(re-images)”。例如，当测量厚的堆叠时，这种平均化可能是有用的，其中在重叠目标的顶部与底部光栅之间的距离可能够较大(例如，相对于焦深)。在那种状况下，两个光栅(即，顶部和底部光栅)的边缘中的至少一个始终是模糊的。这导致影响重叠性能的过程变化。为了解决这个问题，提出了例如计算处于对于顶部光栅的最佳聚焦处的重新的图像和处于对于底部光栅的最佳聚焦处的另一重新的图像。这两个重新的图像能够接着被平均化，并从被平均化的重新的图像推断(例如，使用不对称性强度)重叠，因为被平均化的重新的图像可以是更过程鲁棒的。
[0111]
这种平均化的另外的一般化可以包括施加类似于典型地在晶片对准中使用的光
学色彩加权(ocw)的技术(例如，ocw在menchtchikov等人的“reduction in overlay error from mark asymmetry using simulation,orion,and alignment models”(spie学报，第10587卷，id.105870c，第10页(2018))中；以引用的方式并入本文中)。在这种提议中，使用加权来计算和组合两个或更多个重新的图像。加权使得权重的总和等于1，但个别权重可以是负的。因此，根据归属于每个重新的图像的权重来将重新的图像求和，其中权重总和等于1，以获得单个加权的重新的图像。这使训练权重是可能的，使得测量对过程变化变得不太敏感。
[0112]
可以对以下尺寸执行加权/平均化：
[0113]
·
聚焦(按照以上示例)。
[0114]
·
波长。
[0115]
·
偏振。
[0116]
·
空间相干性。
[0117]
·
光瞳变迹/遮蔽。
[0118]
·
目标的衍射阶。
[0119]
相比于加权多个重叠估计(即，一个重叠估计针对每个单独的重新的成像)，加权强度重新的图像的优势(后者示例最类似于在ocw中针对晶片对准进行的操作)在于，有可能在平均化的重新的图像中视觉检查/优化有利的特征。这是优势，因为无(外部)绝对重叠参考有可能可以用于训练。有利特征的示例可以是在感兴趣的重叠目标区内部的最小强度涟波。
[0120]
示例相位获取算法
[0121]
损失函数
[0122]
在实施例中，提出将先验(目标)知识包括于损失函数中，该损失函数形成开始点以导出/设计相位获取算法。在这种实施例中，先验知识可以基于某些观察；例如，在目标的多个图像中的每个图像之间存在许多规则性。可以在单个测量(例如，使用多于一个照射条件的测量，例如，多波长测量)中或从已描述的多样性测量结果(不同的聚焦水平等)获得多个图像。在这种内容背景下，在不同的照射条件下进行测量可以包括使用照射辐射，其中在多个测量之间改变照射辐射的波长和/或偏振和/或时间和/或空间相干性中的一个或更多个。可以观察到，无论照射条件/聚焦设定如何，每个图像都包括平坦的结构，该平坦的结构基本上具有图8的形式(假设目标为图7的形式)。这样，可以观察到每个图像对于每个感兴趣的区具有相同或非常相似的位置和形状(例如，4个矩形或正方形的roi，较大的正方形或矩形的目标区的每四分之一)，并且每个感兴趣的区包括具有相对平坦的强度分布的相对较高强度的区。提出了在实施例中通过总变差或矢量总变差正则化的一般化(即，对目标图像的梯度施加l1惩罚项)来利用多个图像之间的这种相似性。该矢量一般化的优点在于，它引入了不同的照射条件之间的耦合(该耦合在下文中称为波长耦合，尽管更普遍地适用于与其它照射条件的变化相对应的测量的耦合)。该波长耦合可能类似于引入色散模型(也称为n&k模型，因为它们描述了在整个波长的折射率n和/或消光系数k的关系)所导致的耦合，但是不需要例如层的厚度、层的复数介电常数信息或将要指定的目标的几何参数。
[0123]
应该清楚，多样性、先验目标知识或两者可以用于相位获取中。在具有足够的多样性的情况下，应该没有必要基于先验目标知识来应用约束和/或正则化以确保收敛。同样
地，通过使用先验目标知识来约束和/或正则化相位获取算法，多样性(例如，在不同散焦水平下的测量)将是不必要的。通过同时使用多样性和施加先验目标知识约束和/或正则化，可以获得更高的准确度或更好的收敛保证。
[0124]
先验知识(例如，作为约束、正则化或混合正则化和约束)的使用所产生的波长耦合也能够用于抑制相干成像伪影，诸如图像斑点。在普通的成像系统中，一种抑制斑点的众所周知的方法是增加带宽。本文提出了同时针对多个波长/照射条件执行相位重构。得到的波长耦合引入平均的形式(这是所提出的现有知识正则化所实现的)。这导致在计算上等效于通过增加带宽在普通成像系统中的斑点减少。
[0125]
对多个波长/照射条件执行相位重建构也实现识别和去除相干的成像伪像，所述相干的成像伪像特别地可能是由所提出使用空间相干光引起的。这种相干成像伪像可以包括诸如振铃伪像和斑点的相邻目标之间的相互作用(出于本公开的目的，斑点被归类为相干成像伪像；这是相关的效应，尽管源自诸如表面粗糙度的路径长度变化)。光学器件引起的振铃伪像应该与真实的处理效应区分开，真实的处理效应恰好类似于图像中的这种振铃伪像。可以观察到，光学器件引起的振铃伪像在波长上显示出很大的变化，而真正的处理效应却没有。这样，在图像获取算法中可以使用很强的波长依赖性，以去除光学器件诱发的振铃伪像和斑点的大部分效应，而不会抑制真实的处理效应，因为真实的处理效应所产生的类似振铃的效应具有独立于波长的空间频率。实现这的一种方法是使用所提出的总变差或矢量总变差正则化的矢量一般化。例如，可以基于优化一系列kpi(诸如灵敏度、堆叠灵敏度、过程鲁棒性和光栅不平衡)，在选配方案创建设置中选择波长。
[0126]
在相位获取中，本质上在最高水平上有两种可能的算法方法。这些方法中的第一种是“可行性问题”或投影到凸和/或非凸集方法(例如gerchberg-saxton算法)上，第二种方法是优化问题方法。由于所提出的前向光学模型(参见下文)没有闭合形式的逆算子，因此非线性前向光学模型的梯度用于实施反向映射。这种基于梯度的最小化方法可以包括例如梯度下降、牛顿法、高斯-牛顿法或准牛顿法。因此，优化方法更合适，因为当使用非线性前向光学模型的梯度来实施反向映射时，基于可行性或基于投影的方法最终将导致优化问题。还应当了解，在所提出的相位获取算法中将使用多个检测器强度测量结果。
[0127]
提出相位获取损失函数具有数据保真度项和先验信息项(即，正则项)。可选地，可以使用先验信息将一个或更多个约束施加于损失函数的相位获取最小化。在实施例中，数据保真度项包括被模型化的强度和测量到的强度之间的差的最小二乘和(即，l2范数)。提出l2范数，因为测量到的强度的噪声将接近高斯分布，最小二乘最小化将导致最小方差无偏估计值。附加地，最小二乘最小化可能会导致将来可能使用得到的牛顿方程的高斯-牛顿近似值(依赖于相位获取损失函数中正则项的属性)。
[0128]
对于相位获取损失函数的先验信息项(即，正则项)，提出使用l1范数，更具体地说，使用总变差范数。总变差范数与表示(未知)目标(相位和振幅)的水平集的轮廓长度相关。由于未知目标由三个分离的偏振方向组成，其测量可能还涉及一个以上的照射条件，在实施例中，将使用总变差范数的矢量扩展。在本文所述的特定状况下，未知目标是复数函数(即，不仅强度，而且振幅和相位两者)，这意味着矢量总变差范数的附加扩展可能是合适的。所提出的附加扩展可以基于以下事实：雅可比矩阵的显性奇异值等于实际矢量场的梯度幅值。利用总变差范数的矢量扩展将具有附加的益处，照射条件之间的得到的目标振幅
和相位的配准误差(即重叠)也将受到惩罚。注意，相位获取损失函数的先验信息项将作用于局部目标水平(即，像素邻域)，这从算法并行化的角度来看是有益的。
[0129]
在实施例中，相位获取损失函数l可以呈以下形式：：
[0130]
l＝fd g
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0131]
保真度项fd在具体实施例中可以呈以下形式
[0132][0133][0134][0135][0136]
先验信息项或正则项在具体实施例中可以呈以下形式：
[0137][0138][0139][0140][0141]
其中：
[0142]
w表示测量到的波长的总数目；
[0143]
s(w)表示针对波长识别符w∈{1,2,
…
,w}的检测器强度样本位置的总数目；
[0144]
u表示正则化目标偶极子电流样本位置的总数目；
[0145]
λw表示针对波长识别符w∈{1,2,
…
,w}的测量波长(或更通常地，照射条件)；
[0146]jt，p
表示针对三个偏振方向p∈{x,y,z}的目标偶极子电流分布；
[0147]
μ表示正则化乘法器，其值(≥0)将基于适当水平的正则化来选择；
[0148]
表示矩阵的最大奇异值；
[0149]
和表示分别在目标x方向和目标y方向上的部分导数运算符；
[0150]
针对w∈{1,2,
…
,w}和s∈{1,
…
,s(w)}的(x
w，s
，y
w，s
，z
w，s
)表示强度样本位置；并且
[0151]
针对u∈{1,
…
,u}的(xu，yu，λw)表示目标偶极子电流样本位置。
[0152]
应注意，以上方程式(7)仅给出矢量总变差范数的一个实施例。另一实施例可以包括核范数，即，括核范数，即，一般来说，可以使用在方括号内的矩阵的奇异值和/或本征值的任何合适的纯量函数。
[0153]
还应注意，真实雅可比矩阵的最显性奇异值(即，如果其为一实矩阵，则为g
t
(u))等于非负梯度幅值。此外，在处理器上的相位获取算法的实施中，可假定目标为周期性的且是离散的，因此实现快速傅立叶变换(fft)的使用以在前向光学模型光学的数字评估中计算傅立叶变换，和实现循环差矩阵的使用以计算方程式(7)的导数和
[0154]
方程式(4)、(5)、(6)和(7)现将经重新定义成其周期性且离散的形式，如由以下方程式(11)、(12)和(13)描述。这些是根据实施例的更实际的形式，其可更高效地求解且因此为在本文中所提出使用的形式；
[0155][0156][0157][0158][0159]
[0160][0161]
其中：
[0162]
表示获取的目标的相位和振幅；
[0163]
n＝3w-2；
[0164]
u现在表示在x方向上的正则化目标偶极子电流笛卡尔样本位置的总数目；
[0165]
v表示在y方向上的正则化目标偶极子电流笛卡尔样本位置的总数目；
[0166]
针对w∈{1,
…
,w}和s∈{1,
…
,s(w)}的(x
w，s
，y
w，s
，zw)表示检测器强度笛卡尔样本位置(的子集)，使得可选择所有所述笛卡尔样本位置或其子集；
[0167]
提取矩阵的n列；
[0168]
提取矩阵的m行；
[0169]
x
t
表示矢量x的转置；和
[0170]
和表示循环差矩阵，对于每个行，该循环差矩阵在对角线元素处具有-1且在适当对角线外元素处具有1，所有其它元素为零。
[0171]
示例优化算法
[0172]
如由方程式(1)描述的相位获取损失函数为由于l1正则项无连续导数的凸函数。这种简化示例由方程式|x|＝σ1([x 0])提供。因此，使用基于梯度的优化算法实施方程式(10)并不是有利的。相反，提出使用基于近似的优化算法来实施方程式(10)，如将在本章节中描述的。
[0173]
可以使用的优化算法为基于前向-后向的原有对偶算法。术语前向-后向适用于损失函数l分隔成具有连续一阶导数的第一部分(例如，数据保真度项fd)和具有非不连续一阶导数的第二部分(例如，先验信息项g
t
)。因为先验信息项g
t
的梯度不存在，所以梯度由其近似运算符替换，这导致使用数据保真度项fd的梯度的前向步骤和使用先验信息项的近似运算符的后向步骤。术语“原有对偶”指同时求解出原有和对偶优化问题的事实，这是有益的，因为g
t
的近似运算符更易于按其对偶形式计算。
[0174]
现在将提供使损失函数l最小化且因此求解以上方程式(10)的算法的示例。使用直接与损失函数l法(方程式(1))连接的记法来以伪代码撰写这种算法:
[0175]
1.
[0176]
2.
[0177]
3.setτ∈]0， ∞[
[0178]
4.setφ∈]0， ∞[
[0179]
5.k
←1[0180]
6.while not converged do
[0181]
7.
[0182]
8.
[0183]
9.
[0184]
10.
[0185]
11.set ηk∈]0， ∞[
[0186]
12.
[0187]
13.
[0188]
14.k
←
k 1
[0189]
15.循环结束
[0190]
16.返回
[0191]
17.返回
[0192]
其中：
[0193][0194]
是的“转置”[0195]
表示定标的共轭的近似运算符；并且
[0196]
表示的共轭。注意，共轭函数并不与复数共轭相同。注意，为了清晰起见，在以上伪代码描述中已省略变量和的下标
t
。
[0197]
应注意，也可以引入其它未知数作为变量；例如：目标的不确定的聚焦位置、检测光学器件的不确定的像差函数或不确定的照射属性(例如，照射振幅、相位、空间相干性和/或时间相干性)。这将简单地导致矩阵衬填有附加的零。
[0198]
注意，允许矩阵的迭代修改(即，矩阵变为迭代数目k的函数)，这能够用以进一步改善估计性能。
[0199]
该特定的基于前向-后向的原有对偶算法的优势在于，其需要更简单的近似运算
符的计算，即，具有的左侧乘法由优化算法来维护，不需要在近似运算符自身的计算中考虑。另一优势在于，无矩阵的逆或分解需要计算。
[0200]
可以表明：
[0201][0202][0203]
其中表示矩阵核范数单位球。
[0204]
至矩阵核范数单位球的投影可方便地凭借的单个值分解来计算。用于进行这的合适方法可以例如在以下中发现：goldluecke、bastian、evgeny strekalovskiy和daniel cremers的由几何量测理论产生的天然矢量总变差，siam成像科学期刊5，第2号(2012)：537-563；(参见推论3.6、定理3.7和图7)，全部文件通过引用并入本文中。应注意，在以上示例算法中，矩阵为复数矩阵，而被通过引用并入的文件中的等价矩阵是实数矩阵。本领域技术人员将容易地明白，可以针对复数矩阵调适这种模型。
[0205]
其它正则化选项
[0206]
上述算法和成本函数使用具体的正则化(即，先验信息项g
t
将先验目标知识并入至相位获取问题内。然而，这仅为受益于能够使用先验(目标)知识的正则化和其它方法的示例。现在将描述多个这种方法。应当注意的是，作为上述正则化的替代方式或作为补充该正则化的一个或更多个其它约束条件，可以单独使用或以任何组合方式使用任何这些先验形式的正则化和/或“模型降阶”方法。对于测量不同的结构(不同的堆叠和/或目标属性)以及在不同的应用中，不同的正则化方法及其组合可能会更好。
[0207]
第一种可能的选择是利用基于“最小描述长度”(例如，柯氏(kolmogorov)复杂度)的正则化。示例实施例可以凭借liv-zempel和/或类似游程的压缩方案来压缩目标电场图像，并且使用得到的压缩比特流的长度作为指标。压缩方案可以利用以下知识：目标结构是简单的重复结构，因此正则化可能会对例如具有高kolmogorov复杂度的解应用偏置。
[0208]
以某种类似的方式，也可以使用基于矩阵/张量秩的正则化，或者矩阵/张量秩的近似值，诸如矩阵核范数(即，矩阵或张量的奇异值的和)。例如，这种矩阵的秩或核范数正则化可以对解应用低秩的约束。同样，这将偏置于暗示复数目标结构的解。
[0209]
另一种选项是，如果目标的测量结果和/或模拟数据是事先可获得的(即在执行实
际测量之前)，则能够利用该数据来生成(例如)搜索库，或者生成并利用至低维子空间的投影。例如，通过将潜在的解限制为仅是目标的库图像的线性组合的那些解，可以将搜索库用于减少自由度的数目。
[0210]
在另一个选项中，在使用高光谱照射辐射的情况下(例如，在使用100个或更多个不同的照射波长和偏振组合进行测量时)，可以使用通用色散模型来减少自由度的总数目。确定通用色散模型可以包括使用来自每个波长和偏振组合的测量数据、针对每个目标，将波长/偏振(或材料中的传播方向)相对于折射率(或类似参数)的变化进行模型化。该模型然后可以包括作为透射函数的目标的模型。先验正则化函数在这种状况下将对这种色散模型的输入系数进行运算。由于获取到的相位和振幅依赖于波长/偏振，因此该模型能够针对感兴趣的波长和偏振组合输出图像。在实施例中，介电常数函数εr(ω)可以采取以下形式：
[0211]
εr(ω)＝1 χ(ω)
ꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0212][0213][0214]
并且c
re
是实偏移常数，am是偶极子复数振幅，ωm是偶极子本征频率，是偶极子采样常数，是偶极子时间常数。注意，所有极点都以(共轭)极对(偶极子)出现，其中m表示极对的总数目。
[0215]
示例光学器件前向模型
[0216]
用以计算方程式(1)的数据保真度项fd中的被模型化的强度的光学器件前向模型可以呈矢量前向模型的形式。现在将描述示例相干矢量前向模型。也可以使用其它合适的模型，例如，该模型可以被修改为使得或能够恰当地处置部分空间相干或空间非相干照射辐射。在以下描述中，下标d、p和t分别指检测器、光瞳和目标的坐标系。注意，在这种几何中，目标与检测器之间的所有透镜(经由孔径光阑)已由远场自由空间传播替换。然而，在实施例中，该模型可以另外模型化一个或更多个光学元件(例如，物镜)对散射辐射的效应以获得散射辐射的模型化的特性。
[0217]
矢量前向模型可以开始于以下资料：在入射光瞳上的电场局部为平面波，因此仅其切向电场e分量e
p，θ
及为非零且法向电场分量e
p，ρ
′
为零。当出射光瞳处的电场等于入射光瞳处的电场时，这也适用于出射光瞳处的电场。
[0218]
方便计算在笛卡尔偏振坐标系中电场从出射光瞳至检测器的传播，因为在那种状况下，单独的偏振分量的方向不依赖于检测器处的空间位置。
[0219][0220]
其中
[0221]
ω(k
x
，，ky，z)＝d(k
x，
，ky，z)k(k
x，
，ky)a(k
x，
，ky)
ꢀꢀꢀꢀ
(21)
[0222][0223][0224][0225][0226]
针对全相干情况的检测器强度i
d，coh
(x，y，z)能够由以下方程式计算：
[0227][0228]
其中剑号表示转置运算符与复数共轭运算符的组合。
[0229]
为了计算入射光瞳处的电场e
p
，照射与目标的组合/乘积被模型化为具有等于j
t
(x，y)的电流分布的无穷小电流偶极子的无限密集阵列。因此，描述从目标至入射光瞳的衍射的傅立叶变换关系可以呈以下形式：
[0230][0231]
将以上组合：
[0232]
[0233][0234][0235][0236]
注意，波前像差(透射和/或相位)能够附加地还包括于该表达式中。如果其经并行地施加，并将竖向偏振坐标系用于示例，则像差矩阵函数可以定位于矩阵与之间。注意，与以上假定相比，一般来说，像差函数是光瞳坐标k
x
，和ky与空间坐标x和y两者的四维函数。
[0237]
注意，矩阵是单式矩阵，离散傅立叶变换矩阵也是单式矩阵，这些两个单式矩阵换向。因此，在方程式(29)中，与矩阵的相乘可以在适当位置与反向离散傅立叶变换运算交换。另外，如果目的为在数值上计算检测器强度，参见方程式(26)，则也可省略与矩阵的相乘，因为可以使用球形偏振坐标系来计算检测器强度。
[0238]
总结
[0239]
以上提出了在一目标上的光刻量测应用(例如，测量感兴趣的特性或参数，诸如重叠、聚焦、剂量，或诸如临界尺寸、侧壁角度、边缘放置误差或局部临界尺寸均匀性的一个或更多个几何参数值)中使用计算成像(例如，相位获取)。重叠可以包括在不同层中和/或在层重叠内的结构的未对准的量度，即，在单个层中的结构的未对准的量度，诸如，在双重图案化过程中。
[0240]
在实施例中，提出了在相位获取中使用先验(目标)知识，以便实现放宽光学器件规格(例如，像差性能)的要求。在多数目前相位获取应用中，存在对正被量测的主体的极少(预先)知识(例如，在生物应用中)，因此在相位获取算法中无(或仅有限)先验(目标)知识能被采用。而且，在多数已知的相位获取应用中，典型地使用亮场测量结果，如此将这种技术扩展至暗场照射是未知的。将基于矢量总变差的正则化函数施加至一个或更多个复数场(即，振幅和相位数据，而非强度数据)目前是未知的，因为迄今为止认为这种函数已仅施加于实场(诸如，强度图像)。一个或更多个复数场可以包括按照照射波长与偏振组合用于每个电偶极子电流分量/方向(即，x、y或z)的复数场。
[0241]
所提出的方法的优点包括以下：
[0242]
●
提供波长耦合，即，在不同照射条件下的目标的对应测量结果的耦合。在μdbo(基于微衍射的重叠)应用中，该波长实现采用一个相同目标的多波长(或多照射条件)测量
结果(即，以耦合波长)，而不需要引入色散模型(又称为n&k模型)。这种色散模型描述在整个波长上折射率n和/或消光系数k的关系。然而，如上所述，色散模型可以可选地用以减少自由度的数目。
[0243]
·
波长耦合能够用以藉由引入平均化来抑制相干成像伪像，诸如，图像斑点或振铃伪像。
[0244]
·
不同于许多其它已知的相位获取算法，以上具体公开的相位获取算法具有收敛保证(在这里未进一步论述的某些合适的条件下)。
[0245]
●
在以上公开中目标电场替换检测器强度图像的事实允许附加的优势。无论是使用例如计算相位获取来测量目标电场还是直接使用全息术来测量目标电场，这都适用。这些附加的优势包括：
[0246]
·
在已将其测量之后，目标的数字重新聚焦是可能的。
[0247]
·
能够使用以上描述的方法在不同条件下将目标电场以计算的方式重新成像；不同条件尤其包括：不同的检测光学器件、孔遮蔽条件和/或照射条件。
[0248]
·
在例如薄的抗蚀剂目标的状况下，得到的相位可提供比得到的振幅/强度好的重叠信息源。
[0249]
●
当前，有可能针对不同的波长、带宽、照射相干性状态和/或不同照射偏振状态和/或检测器分析器偏振状态获得检测器强度图像。引入允许从一个单独的目标测量更多/不同的信息的以下附加变化现在也变得可能：
[0250]
·
目标的散焦(注意，当检测器位于光瞳平面中时，这是不可能的)。
[0251]
·
照射斑的像差和/或斑点和/或空间相干性和/或时间相干性扰动。
[0252]
·
检测光学器件的像差扰动。
[0253]
●
在典型的量测器件传感器中，需要/使用大量传感器光学器件。电场和/或磁场的计算传播允许光瞳图像和场图像两者的计算产生，而不需要测量两者。这允许传感器光学器件的减小，因此可以允许体积和成本减小，和/或允许并行地提供多个传感器，以进一步减少测量时间和/或增大衬底的采样密度。
[0254]
·
以上描述的具体相位获取算法良好地适合于在(例如)图形处理单元(gpu)上高效地实施。不需要求解出线性方程式组。能够基于逐个像素进行损失函数的先验知识部分的评估，从而导致对于损失函数的那部分的麻烦的平行问题。对于损失函数的数据保真度部分，计算的量将由计算fft(快速傅立叶变换)来支配。而且，相位获取算法的内存占用不大。
[0255]
在后续方面中公开其它实施例：
[0256]
i.一种量测设备，用于确定在衬底上的一个或更多个结构的特性，所述量测系统包括
[0257]-传感器，检测正由所述一个或更多个结构反射或散射的电磁辐射的特性，
[0258]-处理器，配置成
[0259]-接收所述电磁辐射的被检测到的特性，
[0260]-确定在所述衬底上的一个或更多个结构附近的电场的相位和振幅，
[0261]-使用被确定的电场的相位和振幅来确定所述特性。
[0262]
ii.根据方面i所述的量测系统，其中所述处理器使用可行性问题方法，诸如例如，
gerchberg-saxton算法，以确定所述相位和振幅。
[0263]
iii.根据方面i所述的量测系统，其中所述处理器配置成通过以下确定所述相位和振幅
[0264]
a)基于被检测到的所述电磁辐射的特性、所述辐射与所述一个或更多个结构的相互作用的模型和所述辐射在所述传感器检测所述电磁辐射的特性的时刻撞击所述一个或更多个结构的知识来限定优化问题；和
[0265]
b)找到针对所述优化问题的解。
[0266]
iv.根据方面iii所述的量测系统，其中所述处理器还配置成使用在所述衬底上的所述一个或更多个结构的知识来确定所述相位和振幅。
[0267]
v.根据方面iii或iv所述的量测系统，其中正则化用以在所述优化问题中引入所述一个或更多个结构的知识。
[0268]
vi.根据方面v所述的量测系统，其中所述处理器配置成限定包括损失函数的基于梯度的最小化的所述优化问题。
[0269]
vii.根据方面vi所述的量测系统，其中所述处理器配置成限定包括数据保真度函数和先验知识正则化函数的总和的损失函数。
[0270]
viii.根据方面iii至vii中任一项所述的量测系统，其中所述处理器配置成在所述优化问题的限定和发现所述优化问题的最佳值中使用复数。
[0271]
ix.根据前述方面中任一项所述的量测系统，其中所述传感器布置在以下中的一个中或附近：光学系统的光瞳平面、与所述光学系统的所述光瞳平面共轭的平面和所述光学系统的图像平面。
[0272]
x.根据方面i至ix中任一项所述的量测系统，其中所述传感器布置在所述衬底上的所述一个或更多个结构的远场中或附近，所述量测系统配置成提供用于从所述衬底上的所述一个或更多个结构朝向所述传感器传播的辐射的自由空间传播。
[0273]
xi.根据前述方面中任一项所述的量测系统，包括照射系统，所述照射系统用于照射所述衬底上的所述一个或更多个结构，所述照射系统包括辐射源，所述辐射源是空间相干光源、空间非相干光源和空间非相干光源中的一个。
[0274]
xii.根据前述方面中任一项所述的量测系统，其中所述衬底上的一好或更多个结构的特性包括以下中的至少一个
[0275]-在所述一个或更多个结构的不同层中的结构的重叠值，
[0276]-所述一个或更多个结构的2d或3d结构的一个或更多个几何参数值，例如，所述一个或更多个结构的临界尺寸、所述一个或更多个结构的侧壁角度、所述一个或更多个结构的边缘放置误差或所述一个或更多个结构的局部临界尺寸均匀性值，
[0277]-在所述衬底上制造所述一个或更多个结构的设备的操作参数，例如，关于制造所述一个或更多个结构的一光刻设备的聚焦的聚焦值，或关于正由制造所述一个或更多个结构的所述光刻设备使用的剂量的剂量值。
[0278]
xiii.一种确定在衬底上的一个或更多个结构的特性的方法，所述方法包括
[0279]-检测由所述一个或更多个结构反射或散射的电磁辐射的特性，
[0280]-确定在所述衬底上的所述一个或更多个结构附近的电场的相位和振幅，
[0281]-使用被确定的电场的相位和振幅来确定所述特性。
[0282]
其它实施例在后续编号的方面中公开：
[0283]
1.一种量测系统，用于确定关于在衬底上的至少一个结构的感兴趣的特性，所述量测系统包括：
[0284]-处理器，配置成：
[0285]
根据被检测到的散射辐射的特性以计算的方式确定相位和振幅信息。
[0286]
2.根据方面1所述的量测系统，其中作为在测量获取中用照射辐射来照射所述至少一个结构的结果，所述散射辐射已被所述至少一个结构反射或散射。
[0287]
3.根据方面1或2所述的量测系统，所述处理器还配置成
[0288]
使用被确定的相位和振幅来确定感兴趣的特性。
[0289]
4.根据前述方面中任一项所述的量测系统，其中所述处理器配置成使得所述以计算的方式确定相位和振幅信息包括以计算的方式确定表示所述至少一个结构的电场和/或磁场和/或源的相位和振幅。
[0290]
5.根据方面4所述的量测系统，其中所述处理器还配置成：
[0291]
模型化所述照射辐射与所述至少一个结构之间的相互作用对所述散射辐射的效应以获得被模型化的所述散射辐射的特性；和
[0292]
优化所述电场的相位和振幅，以便使被模型化的所述散射辐射的特性与被检测到的所述散射辐射的特性之间的差最小化。
[0293]
6.根据方面5所述的量测系统，其中所述模型能够操作以将所述照射辐射与所述至少一个结构之间的相互作用的效应模型化为小的电流偶极子和/或磁流偶极子的密集阵列，其中可选地，所述密集阵列是无限密集阵列，并且其中可选地，所述小的电流偶极子和/或磁流偶极子无限小。
[0294]
7.根据方面6所述的量测系统，其中所述小的电流偶极子的密集阵列在二维平面上模型化。
[0295]
8.根据方面5、6或7所述的量测系统，其中，所述量测系统包括在所述至少一个结构与检测到所述散射辐射的检测平面之间的一个或更多个光学元件，并且所述处理器配置成附加地模型化所述一个或更多个光学元件对所述散射辐射的效应以获得被模型化的所述散射辐射的特性。
[0296]
9.根据方面5至8中任一项所述的量测系统，其中所述处理器配置成使用所述至少一个结构的先验知识来优化所述电场的所述相位和振幅。
[0297]
10.根据方面9所述的量测系统，其中所述处理器配置成将所述至少一个结构的所述先验知识的至少一部分用作对所述电场的所述相位和振幅的优化的正则化和/或约束。
[0298]
11.根据方面10所述的量测系统，其中所述正则化和/或约束包括基于总变差的正则化和/或约束。
[0299]
12.根据方面10所述的量测系统，其中所述正则化和/或约束包括基于矢量总变差的正则化和/或约束。
[0300]
13.根据方面10至12中任一项所述的量测系统，其中所述正则化和/或约束在用于所述至少一个结构的相位和振幅信息的不同的值集合之间应用耦合，每个值集合涉及不同的照射条件。
[0301]
14.根据方面13所述的量测系统，其中所述处理器能够操作以同时地以计算的方
式确定所述相位和振幅信息的所述不同的值集合，由此抑制诸如图像斑点和/或振铃伪像之类的相干成像伪像。
[0302]
15.根据方面10-14中任一项所述的量测设备，其中，所述处理器配置成：
[0303]
限定描述被模型化的所述散射辐射的特性与被检测到的所述散射辐射的特性之间的差的损失函数；和
[0304]
将所述至少一个结构的所述先验知识的至少一部分用作对所述最小化的正则化和/或约束以使所述损失函数最小化。
[0305]
16.根据方面10至15中任一项所述的量测系统，其中所述处理器配置成限定包括数据保真度函数与先验知识正则化函数的总和的损失函数，所述数据保真度函数描述将要被最小化的、被模型化的所述散射辐射的特性与被检测到的所述散射辐射的特性之间的差，所述先验知识正则化函数能够操作以执行对所述最小化的所述正则化和/或约束。
[0306]
17.根据方面16所述的量测系统，其中所述处理器配置成将所述最小化限定为所述损失函数的基于梯度方法的最小化或所述损失函数的基于牛顿方法的最小化。
[0307]
18.根据方面17所述的量测系统，其中所述处理器配置成使用与所述先验知识正则化函数相关的雅可比矩阵的显性奇异值，作为所述损失函数的基于梯度的最小化中的梯度幅值或所述梯度幅值的近似值。
[0308]
19.根据方面17所述的量测系统，其中所述处理器配置成在所述损失函数的基于梯度的最小化中使用与所述先验知识正则化函数相关的雅可比矩阵的所述奇异值和/或本征值的合适函数。
[0309]
20.根据方面16至19中任一项所述的量测系统，其中所述处理器配置成：
[0310]
对所述至少一个结构的折射率相对于波长和/或偏振和/或传播方向的变化进行模型化以确定结构的色散模型；和
[0311]
对所述色散模型的输入系数使用所述先验知识正则化函数。
[0312]
21.根据方面10至20中任一项所述的量测系统，其中所述正则化和/或约束包括对所述优化的复数解应用偏置的基于最小描述长度的正则化或约束。
[0313]
22.根据方面21所述的量测系统，其中所述基于最小描述长度的正则化或约束包括基于kolmogorov复杂度的正则化和/或约束。
[0314]
23.根据方面10至22中任一项所述的量测系统，其中所述正则化或约束包括对所述优化的解应用低秩的约束或其近似值的基于矩阵秩或核范数的正则化和/或约束。
[0315]
24.根据方面10至23中任一项所述的量测系统，其中所述处理器配置成使用搜寻库将对所述优化的解约束至仅为被包括了在所述搜寻库内的所述至少一个结构的库图像的线性组合的那些解。
[0316]
25.根据方面10至25中任一项所述的量测系统，其中所述处理器配置成使得所述正则化还基于用于所述至少一个结构的所述相位和振幅信息的不同的值集合，每个值集合涉及不同的聚焦设定，所述量测系统包括电可调谐透镜，所述电可调谐透镜用于在不改变结构与传感器之间的相对移位的情况下改变所述聚焦设定。
[0317]
26.根据方面5至25中任一项所述的量测系统，其中所述处理器配置成在所述电场的相位和振幅的所述优化的限定和执行中使用复数。
[0318]
27.根据前述方面中任一项所述的量测系统，其中所述处理器经还配置成同时地
以计算的方式确定针对所述目标的多个图像的所述相位和振幅信息，每个图像对应于不同的衍射阶。
[0319]
28.根据前述方面中任一项所述的量测系统，其中所述处理器还配置成在测量之后以计算的方式重新成像所述至少一个结构的测量获取以获得至少一个通过计重新成像的图像。
[0320]
29.根据方面28的量测系统，其中以计算的方式重新成像所述测量获取包括以下步骤中的一个或更多步骤：
[0321]
以数字化的方式更改一个或更多个照射特性，其可以包括；在目标水平下的照射相干性或相干性、照射轮廓、照射光谱形状、照射偏振和/或以数字化的方式应用的偏振和/或变迹；
[0322]
以数字化的方式更改所述检测光学器件的一个或更多个特性，其可以包括：改变所述检测光学器件的数值孔径、改变所述检测光学器件的光学部件的任一其它特性、改变所述检测光学器件的光学部件的像差特性、在所述检测光学器件中滤光；
[0323]
以数字化的方式更改图像的聚焦设定。
[0324]
30.根据方面28或29所述的量测系统，其中所述处理器还配置成：
[0325]
在针对的参数的多个不同的虚拟设定的测量之后以计算的方式重新成像所述至少一个结构的所述测量获取，以获得多个以计算的方式重新成像的图像，和
[0326]
平均化所述多个以计算的方式重新成像的图像以获得被平均化的以计算的方式重新成像的图像。
[0327]
31.根据方面30所述的量测系统，其中所述处理器还配置成将正、零或负权重施加至所述以计算的方式重新成像的图像中的每个以获得被加权平均的以计算的方式重新成像的图像，用于所有所述以计算的方式重新成像的图像的所述权重的总和为1。
[0328]
32.根据前述方面中任一项所述的量测系统，其中所述处理器使用可行性问题方法，诸如例如，gerchberg-saxton算法，以确定所述相位和振幅。
[0329]
33.根据前述方面中任一项所述的量测系统，还包括一个或更多个传感器，所述一个或更多个传感器用于在所述散射辐射已由所述至少一个结构反射或散射之后检测所述散射辐射的特性。
[0330]
34.根据方面33所述的量测系统，其中所述量测设备配置成防止所述散射辐射的零衍射阶朝向所述一个或更多个传感器透射。
[0331]
35.根据方面33或34所述的量测系统，其中所述一个或更多个传感器中的至少一个传感器布置在以下中的一个中或附近：光学系统的光瞳平面或与所述光学系统的所述光瞳平面共轭的平面。
[0332]
36.根据方面33或35所述的量测系统，其中所述一个或更多个传感器中的至少一个传感器布置在所述光学系统的图像平面中或与所述图像平面共轭的平面中。
[0333]
37.根据方面33、34、35或36所述的量测系统，其中所述一个或更多个传感器中的至少一个传感器布置在所述至少一个结构的远场中或附近，所述量测系统配置成提供用于所述散射辐射从所述至少一个结构朝向所述传感器传播的自由空间传播。
[0334]
38.根据方面1至35中任一项所述的量测系统，其中所述量测系统能够操作为以多个不同的聚焦水平对所述至少一个结构执行测量获取；和
[0335]
使用这些测量获取中的每个的结果来确定感兴趣的特性。
[0336]
39.根据前述方面中任一项所述的量测系统，其中所述处理器还配置成在测量之后以计算的方式重新聚焦所述至少一个结构的所述测量获取。
[0337]
40.根据前述方面中任一项所述的量测系统，包括照射系统，所述照射系统用于照射所述衬底上的所述至少一个结构，所述照射系统包括辐射源，所述辐射源为以下中的一种：空间相干光源、空间非相干光源和空间部分相干光源。
[0338]
41.根据前述方面中任一项所述的量测系统，配置成确定所述至少一个结构上的所述照射辐射的照射轮廓中的像差和/或斑点扰动；并且
[0339]
其中所述处理器配置成在确定感兴趣的特性时使用被确定的像差和/或斑点扰动。
[0340]
42.根据前述方面中任一项所述的量测系统，配置成确定所述检测光学器件中的像差扰动；并且
[0341]
其中所述处理器配置成在确定感兴趣的特性时使用被确定的像差扰动。
[0342]
43.根据前述方面中任一项所述的量测系统，其中所述处理器还配置成以计算的方式确定针对与在执行测量获取时实际上使用的照射条件不同的照射条件的相位和振幅。
[0343]
44.根据前述方面中任一项所述的量测系统，其中感兴趣的特性包括以下中的一个或更多个：
[0344]-与所述至少一个结构的不同层中的子结构的未对准相关的重叠值，
[0345]
与制造所述至少一个结构的光刻设备的聚焦相关的聚焦值，和
[0346]
与由制造所述至少一个结构的所述光刻设备使用的剂量相关的剂量值。
[0347]
45.根据方面1至43中任一项所述的量测系统，其中感兴趣的特性包括所述至少一个结构的一个或更多个几何参数值，其中所述一个或更多个几何参数值包括以下中的一个或更多个：与所述至少一个结构相关的临界尺寸、与所述至少一个结构相关的侧壁角度、与所述至少一个结构相关的边缘放置误差、或与所述至少一个结构相关的局部临界尺寸均匀性值。
[0348]
46.根据前述方面中任一项所述的量测系统，其中，所述量测系统能够操作以执行暗场测量使得所述散射辐射的零阶被完全地或部分地阻挡，所述相位信息和感兴趣的特性根据所述散射辐射的至少一对较高的正衍射阶和负衍射阶来确定的。
[0349]
47.一种确定与在衬底上的至少一个结构相关的感兴趣的特性的方法，所述方法包括：
[0350]
根据被检测到的散射辐射的特性以计算的方式确定相位和振幅信息。
[0351]
48.根据方面47所述的方法，其中作为在测量获取中用照射辐射来照射所述至少一个结构的结果，所述散射辐射已被所述至少一个结构反射或散射。
[0352]
49.根据方面47或48所述的方法，还包括使用被确定的相位和振幅来确定感兴趣的特性。
[0353]
50.根据方面47、48或49所述的方法，其中，以计算的方式确定相位和振幅信息包括以计算的方式确定表示所述至少一个结构的电场和/或磁场的相位和振幅。
[0354]
51.根据方面50所述的方法，包括：
[0355]
模型化所述照射辐射与所述至少一个结构之间的相互作用对所述散射辐射的效
应以获得被模型化的所述散射辐射的特性；和
[0356]
优化所述电场的相位和振幅，以便使被模型化的所述散射辐射的特性与被检测到的所述散射辐射的特性之间的差最小化。
[0357]
52.根据方面51所述的方法，包括将所述至少一个结构模型化为二维平面上的小的电流偶极子和/或磁流偶极子的密集阵列，其中，可选地，所述密集阵列是无限密集阵列，其中，可选地，所述小的电流偶极子和/或磁流偶极子无限小。
[0358]
53.根据方面51或52所述的方法，其中，在所述至少一个结构与检测到所述散射辐射的检测平面之间存在一个或更多个光学元件，所述方法包括附加地模型化所述一个或更多个光学元件对所述散射辐射的效应以获得被模型化的所述散射辐射的特性。
[0359]
54.根据方面51至53中任一项限定的方法，包括使用所述至少一个结构的先验知识来优化所述电场的所述相位和振幅。
[0360]
55.根据方面54所述的方法，包括通过以下步骤将所述至少一个结构的所述先验知识用作对所述电场的所述相位和振幅的优化的正则化和/或约束：
[0361]
限定描述被模型化的所述散射辐射的特性与被检测到的所述散射辐射的特性之间的差的损失函数；和
[0362]
将所述至少一个结构的所述先验知识用作对所述最小化的正则化和/或约束以使所述损失函数最小化。
[0363]
56.根据方面54或55所述的方法，其中所述正则化和/或约束在用于所述至少一个结构的相位和振幅信息的不同的值集合之间应用耦合，每个值集合涉及不同的照射条件。
[0364]
57.根据方面54至56中任一项所述的方法，包括限定包括数据保真度函数与先验知识正则化函数的总和的损失函数，所述数据保真度函数描述将要被最小化的、被模型化的所述散射辐射的特性与被检测到的所述散射辐射的特性之间的差，所述先验知识正则化函数能够操作以执行对所述最小化的所述正则化和/或约束。
[0365]
58.根据方面54-57中任一项所述的方法，其中所述正则化和/或约束包括以下中的一个或更多个：
[0366]
对所述优化的复数解应用偏置的基于最小描述长度的正则化或约束；或
[0367]
对所述优化的解应用低秩约束的基于矩阵的秩或核范数的正则化和/或约束。
[0368]
59.根据方面51至58中任一项所述的方法，包括在所述电场的相位和振幅的所述优化的限定和执行中使用复数。
[0369]
60.根据方面47-59中任一项所述的方法，包括感测所述散射辐射，其中在以下中的一个或更多个中或附近执行感测：
[0370]
光学系统的光瞳平面或与所述光学系统的光瞳平面共轭的平面；所述光学系统的图像平面；和/或
[0371]
在所述至少一个结构的远场中或附近，以便提供用于所述散射辐射从所述至少一个结构朝向所述传感器传播的自由空间传播。
[0372]
61.根据方面47-60中任一项所述的方法，包括：
[0373]
以多个不同的聚焦水平对所述至少一个结构执行测量获取；和
[0374]
使用这些测量获取中的每个的结果来确定感兴趣的特性。
[0375]
62.根据方面47-61中任一项所述的方法，包括在测量之后以计算的方式重新聚焦
所述至少一个结构的所述测量获取。
[0376]
63.根据方面47-62中任一项所述的方法，包括同时地以计算的方式确定针对所述目标的多个图像的所述相位和振幅信息，每个图像对应于不同的衍射阶。
[0377]
64.根据方面47-63中任一项所述的方法，包括以计算的方式确定针对与在执行测量获取时实际上使用的照射条件不同的照射条件的相位和振幅。
[0378]
65.根据方面47-64中任一项所述的方法，包括在测量之后以计算的方式重新成像所述至少一个结构的测量获取以获得至少一个通过计重新成像的图像。
[0379]
66.根据方面65所述的方法，其中所述以计算的方式重新成像所述测量获取包括以下步骤中的一个或更多个步骤：
[0380]
以数字化的方式更改一个或更多个照射特性，所述一个或更多个照射特性包括；照射相干性、目标相干性、照射轮廓、照射光谱形状、照射偏振和/或以数字化的方式应用的偏振和/或变迹；
[0381]
以数字化的方式更改所述检测光学器件的一个或更多个特性，所述一个或更多个特性包括：改变所述检测光学器件的数值孔径、改变所述检测光学器件的光学部件的任一其它特性、改变所述检测光学器件的光学部件的像差特性、在所述检测光学器件中滤光；
[0382]
以数字化的方式更改图像的聚焦设定。
[0383]
67.根据方面64或65所述的方法，包括：
[0384]
在针对参数的多个不同的虚拟设定的测量之后以计算的方式重新成像所述至少一个结构的所述测量获取，以获得多个以计算的方式重新成像的图像，和
[0385]
平均化所述多个以计算的方式重新成像的图像以获得被平均化的以计算的方式重新成像的图像。
[0386]
68.根据方面67所述的方法，包括将正权重、零权重或负权重施加至所述以计算的方式重新成像的图像中的每个以获得被加权平均的以计算的方式重新成像的图像，用于所有所述以计算的方式重新成像的图像的所述权重的总和为1。
[0387]
69.根据方面47-68中任一项所述的方法，其中所述感兴趣的特性包括以下中的一个或更多个：
[0388]-与所述至少一个结构的不同层中的子结构的未对准相关的重叠值，
[0389]
与在多个图案化过程中的至少一个结构的同一层中的子结构的未对准相关的重叠值；
[0390]
与制造所述至少一个结构的光刻设备的聚焦相关的聚焦值，
[0391]
与由制造所述至少一个结构的所述光刻设备使用的剂量相关的剂量值；和/或
[0392]
所述至少一个结构的一个或更多个几何参数值，其中所述一个或更多个几何参数值包括以下中的一个或更多个：与所述至少一个结构相关的临界尺寸、与所述至少一个结构相关的侧壁角度、与所述至少一个结构相关的边缘放置误差、或与所述至少一个结构相关的局部临界尺寸均匀性值。
[0393]
70.一种非暂时性计算机程序产品，包括机器可读指令，所述机器可读指令用于使处理器执行根据方面47-69中任一项所述的方法。
[0394]
71.一种量测设备，用于确定与在衬底上的至少一个结构相关的感兴趣的特性，所述量测设备包括以下中的至少一个：
[0395]-一个或更多个辐射源，所述一个或更多个辐射源能够操作以产生在至少部分与从200nm至2000nm的波长范围交叠的发射波长范围中的辐射，或可选地，该所述发射波长范围至少与从200nm至2000nm的所述波长范围的一半交叠，
[0396]-光学系统，所述光学系统能够操作以发射或反射在从200nm至2000nm的所述波长范围中的辐射，或可选地，所述光学系统能够操作以发射或反射在从200nm至2000nm的所述波长范围的至少一半中的辐射，或可选地，所述光学系统能够操作以发射或反射在从200nm至2000nm的所述波长范围的至少3/4中的辐射，
[0397]-所述光学系统能够操作以用大于0.4、大于0.6、大于0.7或可选地大于0.8的数值孔径(na)来照射所述结构，
[0398]-所述光学系统能够操作以用检测光学子系统来捕获反射辐射和/或散射辐射，其中所述检测光学子系统具有大于0.4、大于0.6、大于0.7或可选地大于0.8的数值孔径(na)，
[0399]-所述光学系统具有大于被使用的照射波长除以20的像差，
[0400]-所述光学系统能够操作以用大于40乘40微米或可选地大于50乘50微米或可选地大于75乘75微米的视场(fov)来照射所述结构，
[0401]-所述该光学系统的从所述一个或更多个辐射源朝向所述结构的透射率或反射率为至少25％或可选地至少75％，
[0402]-对于从所述结构朝向用于记录反射辐射和/或散射辐射的特性的一个或更多个传感器的反射辐射和/或散射辐射，所述光学系统的透射率或反射率为至少70％或可选地至少75％。
[0403]
72.根据方面71所述的量测设备，还包括配置成仅朝向传感器透射一个或更多个较高衍射阶的光学系统。
[0404]
73.根据方面72所述的量测设备，其中所述光学系统还包括阻挡装置，所述阻挡装置能够操作以当用辐射来照射所述结构时阻挡由所述衬底上的所述结构反射的零衍射阶。
[0405]
74.根据方面71至73中任一项所述的量测设备，还包括处理器，所述处理器配置成执行根据方面47至69中的任一项所述的方法。
[0406]
75.根据方面1至46中任一项所述的量测系统，包括根据方面71至74中任一项所述的量测设备。
[0407]
尽管在本文中可以对在ic制造中的光刻设备的使用进行了具体的参考，但是应该理解，本文描述的光刻设备可以具有其它应用。可能的其它应用包括集成光学系统，用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(lcd)、薄膜磁头等的制造。
[0408]
尽管可以在本文中在检查设备或量测设备的内容背景下对本发明的实施例进行详细的参考，但是本发明的实施例可以用于其它设备。本发明的实施例可以构成掩模检查设备、光刻设备或测量或处理诸如晶片(或其它衬底)或掩模(或其它图案形成装置)之类的物体的任何设备的一部分。
[0409]
尽管上文可以已经在光学光刻术的内容背景下对本发明的实施例的使用进行具体的参考，但是应当了解，在内容背景允许的情况下，本发明不限于光学光刻术，并可以用于其它应用，例如压印光刻术。
[0410]
虽然上文描述的目标或目标结构(衬底上的更一般的结构)是为测量目的而专门设计和形成的量测目标结构，但是在其它实施例中，可以在作为在衬底上形成的器件的功
能部分的一个或更多个结构上测量感兴趣的属性。许多器件具有规则的类似光栅的结构。本文使用的术语结构、目标光栅和目标结构不需要该结构已经专门设置用于正在执行的测量。另外，量测目标的节距p靠近散射仪的光学系统的分辨率极限，但可比通过目标部分c的微光刻过程制造的典型产品特征的尺寸大得多。实际上，可以使所述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产品特征的较小结构。
[0411]
然上文已经描述了本发明的具体实施例，但是将了解，本发明可以以与上述不同的方式来实践。上文的描述旨在是说明性的而不是限制性的。因此，本领域技术人员将明白，可以在不背离下文所阐述的权利要求的范围的情况下对所描述的本发明进行修改。