由光瞳内的照明光照明时光学系统的成像质量的确定方法与流程

由光瞳内的照明光照明时光学系统的成像质量的确定方法
1.本专利申请要求德国专利申请de102021 205 328.9的优先权，其内容通过引用并入本文中。
技术领域
2.本发明涉及一种用于确定光学系统的、在由光学系统的待测量光瞳内的照明光照明时的成像质量的方法。本发明还涉及用于实行这种方法的计量系统。作为确定成像质量的替代或补充，所述方法促进了确定测试结构对光相位的效应。


背景技术：

3.为此，这种方法和计量系统从de102019 215 800 a1中已知。从wo 2016/012 426 a1已知用于对光刻掩模的空间像进行三维测量的计量系统。de102013 219 524 a1描述了用于确定光学系统的成像质量的装置和方法以及光学系统。de102013 219 524 a1已经描述了用于基于针孔的成像来确定波前的相位恢复方法。martin等人的专业文章“光掩模上晶片级cd计量术的新系统(a new system for a new system for a wafer lever cd metrology on photomasks)”(spie论文集
–
国际光学工程学会，2009年，7272)已经公开了用于确定晶片级临界尺寸(cd)的计量系统。de102017 216 703 a1公开了用于表征投射曝光设备的至少一个光学部件的方法。de102019 215 800 a1公开了经由结构化物体的表面确定具有测量波长的测量光的光学相位差的方法。de102018 211 895 a1公开了测量检验装置的方法。de 103 17 366 a1公开了确定透镜透射率的方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是改进用于确定光学系统的成像质量的方法。
5.该目的根据本发明通过具有下文中指定的特征的确定方法来实现。
6.本发明涉及一种用于确定光学系统的、在由所述光学系统的待测量光瞳内的照明光照明时的成像质量和/或用于确定测试结构的相位效应的方法，其包括以下步骤：
[0007]-在所述光学系统的物平面中布置在至少一个维度中周期性的测试结构，
[0008]-指定用于用所述照明光照明所述测试结构的初始照明角度分布，所述初始照明角度分布表示为连续的、完全照明的初始光瞳区域，其面积小于所述光瞳的总光瞳面积的10％，
[0009]-在所述测试结构相对于所述物平面的不同距离位置处以所指定的初始照明角度分布照明所述测试结构，
[0010]-使用空间分辨检测装置在所述光学系统的像平面中测量所述照明光的强度，用于确定所述测试结构的初始经测量空间像，当在每个距离位置对所述测试结构进行成像时，所述照明光已经由所述光学系统引导，
[0011]-指定用于用所述照明光照明所述测试结构的另外的照明角度分布，所述另外的照明角度分布表示为连续的、完全照明的另外的光瞳区域，其面积小于所述光瞳的总光瞳
面积的10％，其中所述另外的光瞳区域不与初始光瞳区域重叠,
[0012]-用所指定的另外的照明角度分布在所述测试结构相对于所述物平面的不同距离位置处照明所述测试结构，
[0013]-使用所述空间分辨检测装置测量所述光学系统的所述像平面中的所述照明光的强度，用于确定所述测试结构的另外的经测量空间像，当在每个距离位置对所述测试结构进行成像时，所述照明光已经由所述光学系统引导，
[0014]-从所述经测量空间像的比较来确定所述光学系统的成像贡献，
[0015]-从所测量的成像贡献来确定至少一个成像质量参数，和/或
[0016]-从所测量的成像贡献确定所述测试结构的复数值衍射光谱。
[0017]
根据本发明，认识到使用周期性测试结构来确定光学系统的成像贡献和/或用于确定测试结构对光相位的效应会生成边界条件，该边界条件取决于确定方法的设计来提高成像质量所确定的准确度或者提高成像质量所确定的速度。待测量光瞳可以是光学系统的出射光瞳，并且特别是投射光学单元的出射光瞳。可以确定复掩模光谱，以达到确定测试结构对光相位的效应的目的。测试结构可以在恰好一个维度中是周期性的(1-d测试结构)。替代地，测试结构还可以在多于一个维度中，例如在二个维度中，是周期性的(2-d测试结构)。
[0018]
通过以与光瞳相比较小的光瞳区域来指定照明角度分布，出现了在其准确度和/或其速度方面改进确定方法的另外的边界条件。该光瞳区域的面积可以小于总光瞳面积的5％，并且可以例如不多于总光瞳面积的4％。光瞳区域的面积通常大于光瞳的总光瞳面积的0.001％。
[0019]
通过使用在其方向上对应良好定义的测试结构的照明，可以确保例如测试结构处的衍射效应可以与待测量的光学系统的成像效应分开。
[0020]
除了关于测试结构的周期性的知识，特别是结构周期的知识以外，用于实行确定方法不需要关于测试结构的其他现有知识。该周期可以在确定方法内通过已知的衍射测量步骤依次确定。
[0021]
用于将物平面中的物场成像到像平面中的像场的投射光学单元可以表示旨在确定其成像质量的光学系统，或者可以是这种光学系统的组成部分。
[0022]
作为示例，确定方法可以用于从所述掩模的衍射光谱确定吸收体与光刻掩模的多层之间的相位差。在de102019 215 800 a1和wo 2008 025 433 a2中描述了相位差的对应确定。然后可以基于经确定成像质量调整和/或校正光学系统。经确定成像质量的另外应用是对掩模的光致抗蚀剂中的空间像的综合计算；参见wo 2017 207 297 a1。另外应用是计算所谓的光学邻近校正模型。在该方面中，参考de102016 218977 a1。
[0023]
优选地，所述光瞳至少具有近似圆形或椭圆形的边缘，表示相应照明角度分布的所述光瞳区域至少能够近似为圆形或椭圆形区域，其半径不超过所述光瞳的半径的30％。如上所述的至少近似圆形的光瞳和/或至少近似圆形的光瞳区域或椭圆形的光瞳区域简化了确定方法。在光瞳和/或光瞳区域偏离圆形形式的范围内，可以将光瞳的半径和/或光瞳区域的半径计算为平均半径。表示相应照明角度分布的光瞳区域的半径的上限可以是光瞳的半径的25％、20％、15％或者10％，或者甚至可以更小。
[0024]
优选地，“指定另外的照明角度分布”、“用所指定的另外的照明角度分布对测试结构进行照明”和“测量强度”的步骤至少重复一次。如上所述的方法步骤的重复导致确定方
法准确度的改进。原理上，该方法也可以使用恰好两个照明角度分布来实行，例如使用具有光瞳的中心照明的初始照明角度分布和使用已经相对于该初始照明角度移位的恰好一个照明角度分布来实行。
[0025]
优选地，在测量所述强度的范围内测量出经测量光谱，并且将其测量作为通过所述光学系统引导的周期性测试结构的衍射光谱。如上所述的测量经测量光谱包含获取与周期性测试结构的纯衍射光谱相关的信息以及与光学系统的传递函数相关的信息。在确定方法中，这可以用于将周期性测试结构的纯衍射光谱的分量与已经测量的经测量光谱分开，使得保持光学系统的传递函数和因此光学系统的成像贡献。
[0026]
优选地，所述测试结构衍射光谱在光瞳中的纯位移被包括在以各种照明角度分布的成像贡献的确定中。如上所述的成像贡献的确定简化了确定方法。光瞳中衍射光谱的这种纯位移在霍普金斯近似的上下文中是已知的。在这方面，还参考us 2019/0391087 a1和其中指定的引文。
[0027]
优选地，所述周期性测试结构的衍射光谱和所述光学系统的传递函数二者都被包括在所述经测量光谱中，对所述成像贡献的确定包括假设所述传递函数对于相应指定的照明角度分布内的每个照明方向是恒定的。进一步简化发生在如上所述的确定方法中。
[0028]
优选地，所述经测量光谱的重构被包括在对所述成像贡献的确定中。如上所述的重构提高了确定方法的质量。
[0029]
这特别适用于如下所述主张的重构方法。优选地，经测量空间像与取决于待重构的经测量光谱的空间像之间的差在所述经测量光谱的重构期间被最小化。在de102019 215 800 a1中描述了最小化经测量空间像与取决于待重构的经测量光谱的空间像之间的差。
[0030]
优选地，当确定所述成像贡献时，在振幅和相位上重构所述光学系统的传递函数。如上所述的传递函数的重构促进例如通过传递函数的振幅来评估光学系统的切趾或通过传递函数的相位来评估光学系统的波前像差。切趾和波前像差是从经确定成像贡献所确定的成像质量参数的示例。当出于确定成像质量的目的而确定成像贡献时，可以重构周期性测试结构的衍射光谱。
[0031]
优选地，所述另外的光瞳区域的中心与所述初始光瞳区域的中心分开了所述测试结构的衍射光谱的恰好一个衍射级。以上文所述的方式指定照明角度分布简化了确定方法。在若干重复在各个情况下指定另外的照明角度分布的情况下，所有相应的光瞳区域可以在各个情况下分开相应相邻的光瞳区域的衍射光谱的恰好一个衍射级。当使用2-d测试结构时，该距离可以在各个情况下呈现为沿着两个2-d坐标的恰好一个衍射级或整数倍衍射级。
[0032]
整数倍衍射级的间隔也是可能的。
[0033]
优选地，所述光瞳区域中的一个定位在所述光瞳的中心。指定如上所述的光瞳区域促进了检测最大可能数量的衍射级。
[0034]
优选地，相应照明角度分布通过在所述光学系统前面的照明光束路径中定位光阑来指定。指定如上所述的相应的照明角度分布已在实践中证明其价值。光阑可以布置在光学系统前面的照明光学单元的光瞳平面中。
[0035]
本发明还涉及一种用于实行根据上文所述方法的计量系统，其
[0036]-具有用于所述测试结构的保持件，
[0037]-具有用于将照明光引导到由所述保持件指定的物平面的照明光学单元，
[0038]-具有用于指定所述照明角度分布的指定装置，
[0039]-具有要检查其成像质量的光学系统，并且
[0040]-具有用于测量所述像平面中的所述照明光的强度的空间分辨检测装置，
[0041]-其中，所述指定装置被实施为以驱动方式能够移位的光阑，并且定位在所述物平面前面的照明光束路径中。
[0042]
如上所述的计量系统的优点对应于参考确定方法已经在上文解释的那些优点。一旦借助于确定方法在计量系统中已经确定光学系统的成像质量，计量系统随后可以用于确定测试结构的结构，该结构在其结构方面仍是未知的并且是例如非周期性的，这是由于成像质量而已被确定，并且可以将计量系统的设备功能与测试结构的结构影响分开。计量系统的指定装置的优点对应于上面已经参照确定方法解释的优点。可以以可变方式(例如以虹膜式光圈的方式)指定光阑孔径。光阑可以在至少一个侧向方向上是可移位的。作为示例，光阑可以在两个相互垂直的侧向方向上是可移位的，这特别是当使用2-d测试结构时是有利的。
[0043]
用于所述照明光的光源可以被实施为euv光源。光源的euv波长可以是在5nm到30nm之间的范围。duv波长范围内的光源，例如193nm量级的光源也是可能的。
附图说明
[0044]
下面参考附图更详细地解释本发明的示例性实施例，附图中：
[0045]
图1非常示意性地示出了用于确定光学系统的、当用光学系统的待测量的光瞳内的照明光照明时的成像质量的计量系统的侧视图，包括照明光学单元和成像光学单元，两者分别非常示意性地表示；
[0046]
图2示出了布置在根据图1的计量系统中ii处的二元、周期性测试结构的平面图；
[0047]
图3同样以根据图2的平面图示出了在辐照测试结构之后图1中iii处的照明光束路径的照明光的电磁场的场分布；
[0048]
图4再次以根据图2的平面图示出了图1中iv处的照明光束路径中测试结构的衍射光谱；
[0049]
图5以与图4类似的表示方式示出了由于计量系统的孔径光阑而在边缘处已经被限缩的衍射光谱，所述孔径光阑在图1中v处找到；
[0050]
图6以与图5类似的表示方式示出了包括指示为高度轮廓的波前影响的衍射光谱，由计量系统的成像光学单元导致，作为在图1中vi处的成像光学单元的出射光瞳区域中的经测量光谱；
[0051]
图7以与图3类似的平面图示出了在图1中vii处的、照明光束路径中对计量系统的空间分辨检测装置进行辐照时照明光的复场分布；
[0052]
图8以与图7类似的表示方式示出了由检测装置测量的、在图1中viii处的检测装置的位置处的照明光强度；
[0053]
图9以与图6类似的表示方式示出了具有初始照明角度分布的计量系统的测量情况，该初始照明角度分布使用由用小的、中心的初始光瞳区域指定的测试结构的中心照明，其中测试结构的0级衍射定位在初始光瞳区域的中心并且在由孔径光阑指定的计量系统的
光瞳的中心，图9还描绘了超出孔径光阑限缩的衍射级；
[0054]
图10以与图9类似的表示方式示出了具有另外的照明角度分布的计量系统的另外的测量情况，其中初始光瞳区域及因此由测试结构衍射的照明光的0级衍射已经被移位，使得现在将其移位到根据图9的测量情况的-1级衍射的位置；
[0055]
图11以与图9类似的表示方式示出了具有另外的照明角度分布的计量系统的另外的测量情况，其中初始光瞳区域及因此由测试结构衍射的照明光的0级衍射已经被移位，使得现在将其移位到根据图9的测量情况的 1级衍射的位置；
[0056]
图12以与图1类似的表示方式示出了计量系统，其中表示了用于计量系统的部件且指定了不同的测量情况的附加自由度；
[0057]
图13以与图9类似的表示方式示出了在初始测量情况期间二维二元周期性测试结构的衍射光谱，选择初始照明角度分布使得如由初始光瞳区域指定的测试结构的0级衍射定位在如由孔径光阑指定的计量系统的光瞳的中心；
[0058]
图14以与图10类似的表示方式示出了在具有照明角度分布的另外的测量情况期间根据图13的衍射光谱，其中初始光瞳区域及因此0级衍射已经在水平方向上移位到根据图13的-1级衍射的位置；
[0059]
图15以与图13和14类似的表示方式示出了在具有另外的照明角度分布的另外的测量情况期间的衍射光谱，其中二维测试结构的衍射光谱已经在垂直方向上移位，使得初始光瞳区域及因此0级衍射定位在垂直方向上 1级衍射的位置处。
具体实施方式
[0060]
为了促进位置关系的表示，在下文中使用笛卡尔xyz坐标系。x轴在图1中水平向右延伸。y轴在图1中垂直于附图的平面并延伸入附图的平面中。z轴在图1中垂直向上延伸。
[0061]
在对应于子午截面的视图中，图1示出了用于确定当由在待测量光瞳内的照明光1照明时光学系统的成像质量的计量系统2中euv照明光或成像光1的束路径。在这种情况下，布置在物平面4中的物场3中的测试结构5被成像。
[0062]
测试结构5在图2中以平面图描绘。测试结构5在一个维度中(特别是沿着x坐标)是周期性的。测试结构5被设计为具有吸收体线6和反射照明光1的相应交替的多层线7的二元测试结构。线6、7是垂直结构。
[0063]
计量系统2用于分析三维(3-d)空间像(空间像计量系统)。应用包括光刻掩模的空间像的再现，正如空间像也会在制造投射曝光设备中看到，例如在扫描仪中。为此，特别是需要测量和可选地调整计量系统2本身的成像质量。因此，空间像的分析可以用于确定计量系统2的投射光学单元的成像质量，或者用于确定特别是投射曝光设备内的投射光学单元的成像质量。计量系统从wo 2016/012 426 a1、从us 2013/0063716 a1(参见其中的图3)、从de 102 20 815 a1(参见其中的图9)、从de 102 20 816 a1(参见其中的图2)、并且从us 2013/0083321 a1中已知。
[0064]
在测试结构5处反射并衍射照明光1。在中心、初始照明的情况下，照明光1的入射平面平行于xz平面。
[0065]
由euv光源8产生euv照明光1。光源8可以是激光等离子体源(lpp；激光产生的等离子体)或放电源(dpp；放电产生的等离子体)。原理上，还可以使用基于同步加速的光源，例
如自由电子激光器(fel)。euv光源的所使用的波长可以是在5nm到30nm之间的范围。原理上，在计量系统2的变型的情况下，另一个所用光波长的光源还可以用来代替光源8，例如所用波长为193nm的光源。
[0066]
计量系统2的照明光学单元9布置在光源8和测试结构5之间。照明光学单元9用于用物场3上的定义的照明强度分布并且同时用定义的照明角度分布来照明待检查的测试结构5，用该定义的照明角度分布来照明物场3的场点。这样的照明角度分布还被称为照明设定。
[0067]
照明光1的相应照明角度分布通过布置在照明光学单元光瞳平面11中的指定装置10来指定。指定装置10被设计为孔径光阑，其界定入射在其上的一束照明光1的边缘。由于这种界定而出现的照明角度分布被表示为连续的、完全照明的光瞳区域，其面积小于计量系统2的光学系统的所用光瞳的总光瞳面积的10％。
[0068]
作为示例，如果所用光瞳的归一化直径为1，则在计量系统2的光学系统的后续光瞳平面中，由指定装置10指定的照明角度分布的直径可以不大于0.2。在这种情况下，完全照明的光瞳区域的面积不大于总光瞳面积的4％。
[0069]
指定装置10被设计为以驱动方式可移位的光阑，并且该光阑布置在物平面4前面的照明光1的照明光束路径12中。用于对指定装置10进行驱动移位的驱动单元在图1中用13来描绘。借助于驱动单元13，指定装置可以沿x坐标和/或沿y坐标移位。出于调整指定装置10的布置平面相对于照明光学单元光瞳平面11的对应度，也可以沿着z坐标进行微调。此外，驱动单元13可以被设计为使得光阑可以绕平行于x轴和/或平行于y轴的至少一个倾斜轴线倾斜。指定装置10的孔径光阑的直径也可以是可调节的，特别是可以以驱动方式指定。
[0070]
由计量系统2的物体保持件14来保持测试结构5。物体保持件14与物体位移驱动器15协作以移位测试结构5，特别是沿着z坐标。
[0071]
在测试结构5处反射后，照明光1的电磁场具有在图3的平面图中以对应于图2的平面图来表示的分布16。在场分布16中，振幅和相位值对应于测试结构5的吸收体线6和多层线7。
[0072]
由测试结构5反射的照明光1进入计量系统2的成像光学单元或投射光学单元17。投射光学单元17是计量系统2的光学系统，旨在检查其成像质量。
[0073]
由于测试结构5的周期性，衍射光谱18出现在投射光学单元17的光瞳平面中(参见图4)。
[0074]
除了衍射光谱18的衍射级以外，图4还表示了由于计量系统2的初始中心照明角度分布而产生的初始光瞳区域19。就其尺寸和相对位置而言，该初始光瞳区域19对应于由指定装置10在与图11的光瞳平面共轭的照明光学单元光瞳平面11中指定的光瞳区域。测试结构5的0级衍射存在于衍射光谱18中的该指定的光瞳区域19的位置。此外，图4还再现了衍射光谱18的 /-1级衍射和 /-2级衍射。
[0075]
图4中表示的衍射光谱18的衍射级以这种形式呈现在计量系统2的光学系统的光瞳平面中，例如在投射光学单元17的入射光瞳平面20中。投射光学单元17的孔径光阑21——其在边缘处界定投射光学单元17的入射光瞳22——布置在该入射光瞳平面20中。
[0076]
图5示出了入射光瞳22和在初始照明角度分布中的衍射光谱18定位在入射光瞳22内的三级衍射，具体是0级和 /-1级衍射。再次，图5表示初始光瞳区域19，其通过指定设备
10被选择用于照明。
[0077]
图6示出了照明光学单元17的出射光瞳平面中的照明/成像光1的强度的分布。图6中表示的出射光瞳24作为入射光瞳22的图像出现。
[0078]
光瞳22(参见图5)和24(参见图6)是圆形的。在替代规范的情况下，通过适当的孔径光阑21，光瞳22、24也可以偏离圆形形式，其中光瞳能够至少近似圆形。在这种情况下，可以将光瞳半径计算为平均半径。作为示例，这种替代光瞳可以具有椭圆设计，其半轴线之间的纵横比在1和例如3之间变动。在此处未描绘的实施例中，光瞳22和24也可以是椭圆形的。
[0079]
光瞳区域19同样为圆形或椭圆形，或者可以近似为圆形区域。关系σ≤0.2意味着这样的圆形光瞳区域19的半径不大于光瞳22、24的半径的20％。
[0080]
出射光瞳24中的强度分布首先从-1、0和 1级衍射的图像中找到贡献，其次从光学系统，特别是投射光学单元17的成像贡献中找到贡献。在图6中通过虚线高度轮廓阐明的这种成像贡献可以由光学系统的传递函数来描述，如下文将要解释的。光学系统的不可避免成像像差导致出射光瞳24中存在照明/成像光1的可测量强度，即使在衍射级附近的区域中也是如此。
[0081]
成像光学单元17用于将测试结构5成像到计量系统2的空间分辨检测装置25。投射光学单元17被实施为放大光学单元。投射光学单元17的放大系数可以大于10，可以大于50，可以大于100，甚至可以更大。通常，该放大系数小于1000。
[0082]
根据图3，图7示出了像平面26的区域中的照明/成像光1的复场分布27，在该像平面26中布置检测装置25。
[0083]
图8示出了照明/成像光1的强度分布29，如由相机25在像场28中测量。吸收体线6的像在强度分布29中呈现为低强度的实质暗线30，并且多层线7的像在强度分布29中呈现为更高强度的亮线31。
[0084]
检测装置25可以被设计为ccd相机或cmos相机。
[0085]
图12阐明了在用于确定计量系统2的光学系统的成像质量的方法中可能相关的自由度，具体而言通过驱动图12中未描绘的物体位移驱动器引起的、测试结构5的z位移能力(双向箭头32)，以及通过驱动图12中未描绘的驱动单元13引起的、用于照明测试结构5的照明角度分布的指定装置10的x/y位移能力(双向箭头33)。
[0086]
此外，指定装置10的光阑的孔径宽度可以通过驱动单元13可变地指定。
[0087]
此外，图12示出了如指定装置10所指定的、通过由矢量再现的测试结构5的照明光1的主射线的方向。
[0088]
在下文仍将更详细地解释确定计量系统2的光学系统的成像质量时，测试结构5的场分布、测试结构5的衍射光谱，也就是说，物场分布的傅里叶变换、投射光学单元17的点扩散函数及其傅里叶变换、投射光学单元17的复数值传递函数，是根据图8的强度分布29的方式中的一系列经测量强度分布来确定，该一系列经测量强度分布对应于测试结构5的不同z位置且整体被称为空间像并且来自一系列这样的空间像。
[0089]
当确定计量系统2的光学系统的成像质量时，借助于测试结构5适当地连接到物体保持件14，将测试结构5初始地布置在投射光学单元17的物场3中的物平面4中。
[0090]
随后，初始照明角度分布通过指定装置10根据中心光瞳区域19来设定。该初始
照明角度分布用照明光1从由初始光瞳区域19表示的照明方向来照明测试结构5。光瞳区域19的面积小于入射光瞳22的总光瞳面积的10％。特别地，以下适用于光瞳区域19：σ＜0.2。
[0091]
实现初始照明角度分布的规范也就是说，照明的中心化，使得(参见图12)照明光1的主射线对应于投射光学单元17的成像束路径的主射线。然后，根据定义以下适用：在投射光学单元17的光瞳22、24的对应坐标系中
[0092]
现在，通过照明光1在测试结构5相对于物平面4的不同距离位置，即通过物体保持件14指定的测试结构5的不同z位置，用该初始照明角度分布对测试结构进行照明。使用检测装置25在投射光学单元17的像平面26中测量通过投射光学单元17在将测试结构5成像到这些z距离位置中的每一个的范围内引导的照明光1的强度，以达到确定测试结构5的初始经测量空间像的目的。该z距离位置也被称为相对焦点位置。因此，针对各种z位置测量对应于强度分布29的强度分布的堆叠。作为示例，可以在该空间像测量中设定测试结构5的九个不同的z位置。在此使用的z范围可以扫过多个瑞利单位(瑞利单位＝0.5λ/na2，其中λ表示照明光的波长，na表示照明的数值孔径)。
[0093]
在z距离位置采用并对应于强度分布29的每个强度分布可以写成在z距离位置采用并对应于强度分布29的每个强度分布可以写成
[0094]
在此，表示强度分布内的相应x，y位置的矢量，即投射装置25的检测器像素的位置。
[0095]
z表示测量该强度分布的相应z距离位置。
[0096]
表示实行该测量的初始照明角度分布。
[0097]
现在，具有主射线方向的另外的照明角度分布借助于指定装置10的光阑被移位而被指定用于照明测试结构5。这种位移来自图9和图10的比较。这是投射光学单元17的光瞳22、24的沿着x轴的位移，使得光瞳22、24由于新的照明角度分布而被完全照明的光瞳区域19现在变为搁置在图9的初始照明角度分布的-1级衍射的位置。因此，以下适用于现在指定的另外的照明角度分布的照明方向：
[0098]
在光瞳22、24的x、y坐标中的在此：
[0099]
p＝间距/λ，其中间距＝测试结构5的周期，λ＝照明/成像光1的波长。
[0100]
因此，图10的在位移之后出现的光瞳区域19的中心与初始光瞳区域19的中心(参见图9)分开了衍射光谱18的一个衍射级。
[0101]
当指定该另外的照明角度分布时，光瞳区域19被移位使得其不与光瞳22、24中的初始光瞳区域(参见图9中的光瞳区域19的位置)重叠。
[0102]
随后，在该另外的照明角度分布中再次测量空间像堆叠。因此，使用该另外的照明角度分布，在测试结构5相对于物平面4的不同z距离位置处对测试结构5进行照明，并且因此通过投射光学单元17引导的照明/成像光1的强度由空间分辨检测装置25来测量，以达到确定在每个z距离位置处另外的经测量空间像的目的。因此，它现在是被测量的空间像堆叠
[0103]
现在，可以指定另外的照明角度分布，如图11所示，其中由指定装置10指定的再现
照明方向的光瞳区域19然后在光瞳22、24内的正x方向上移位，使得所述光瞳区域搁置在图9的初始照明角度分布的 1级衍射的位置处。因此，照明主射线在方向上移位并且空间像堆叠被测量。
[0104]
此处同样适用的是，根据图11，另外的光瞳区域19的中心与初始光瞳区域的中心(参见图9)分开了衍射光谱18的恰好一个衍射级。
[0105]
现在，计量系统2的光学系统的成像贡献，即投射光学单元17的成像贡献从这些经测量空间像的比较来确定。
[0106]
为了导出在该确定期间使用的计算关系，计量系统2的光学系统中的成像过程初始被考虑用于离散照明方向
[0107]
令是该照明方向的复数值衍射光谱18。在这种情况下，表示相对于波长归一化的空间频率(即，无量纲空间频率)。也可以解释为衍射级的方向或光瞳中衍射级的x、y光瞳坐标。
[0108]
照明/成像光1通过投射光学单元17的传播对应于该光谱m乘以投射光学单元的同样复数值传递函数其取决于物体z的相对焦点位置。以下适用：
[0109][0110]
在这种情况下，p表示由具有数值孔径na的孔径光阑21指定的光瞳函数。在na内且在na外。
[0111]
是要得到的传递函数，上面等式(1)中的最后一个系数是由已知的物体散焦引起的波前像差。
[0112]
则投射光学单元17的出射光瞳24处的衍射光谱g(也参见图6)为：
[0113][0114]
从中出现的像场分布27是该衍射光谱g的傅里叶变换。相机测量其强度i(参见强度分布29，以示例方式的图8)：
[0115][0116]
在部分相干照明系统的情况下，照明包含彼此不相干的多个照明方向。在确定方法期间记录具有相同照明设定但不同主射线方向(例如(例如)的多个焦点系列。测量n的照明角度分布的与照明方向相关的权重为对所有焦点系列(即所有照明设定)的总和得出：
[0117][0118]
在此适用：将等式(3)代入等式(4)得到：
[0119][0120]
随后实现了两个近似：
[0121]
1)初始，假设照明方向的位移仅导致掩模光谱的位移，即1)初始，假设照明方向的位移仅导致掩模光谱的位移，即在文献中，这种近似被称为霍普金斯近似。因此，当确定光学系统在各种照明角度分布中的成像贡献时，包括光瞳22、24中的测试结构衍射光谱18的纯位移。
[0122]
2)存在相对相干的照明设定，具有较小的＜＜1，例如，σ≤0.2。对于照明角度分布的加权，出现以下：
[0123][0124]
此外，假设光学单元的传递函数t在由σna定义的区域内仅发生很少变化。也就是说，做出以下假设：其中q《σna。σ总是可以选择小到满足这个条件。因此，假设对于每个照明方向在相应指定的照明角度分布内的传递函数t都是恒定的，该假设包括在成像贡献的确定中。
[0125]
使用这些近似，则空间像可以写成如下：
[0126][0127]
现在，将已经通过计量系统2的光学系统，即通过投射光学单元17传播的光谱s作为新变量引入：
[0128][0129]
代入等式(6)得到：
[0130][0131]
因此，当在确定方法的范围内测量强度时，已经传播的光谱s被测量为经测量光谱，所述经测量光谱作为已经通过光学系统引导的周期性测试结构5的衍射光谱m而出现。经测量光谱s是周期性测试结构5的衍射光谱m和光学系统的传递函数的乘积。
[0132]
对于每个经测量照明方向分别实行传播光谱s的重构，其实现如下：
[0133]
1.从光谱开始，该光谱如上所述由各种照明角度分布的空间像堆叠的强度测量产生。
[0134]
2.由此，根据上面的等式(8)计算空间像
[0135]
3.改变传播光谱直到前一个步骤2中计算出的空间像与使用检测装置25在各种的z位置处和在各种照明角度分布的情况下测量的空间像i
meas
之间的差最小化，也就是说，求解以下最小化问题：
[0136][0137]
de10 2019 215 800 a1中也描述了类似的重构步骤。
[0138]
上述段落中描述的重构的结果是优化的传播光谱即在照明方向上移位的掩模光谱和投射光学单元17的传递函数t的乘积(参见上面的等式(7))。
[0139]
现在，两个组成部分(掩模光谱m和传递函数t)根据传播光谱(s)来确定。为此初始考虑的是测试结构5是周期性的，即光谱由具有空间频率的离散的衍射级构成，其中l＝-inf
…
，inf是整数个衍射级。此外要考虑的是，在各个情况下进行空间像测量的照明方向，即照明角度分布，各自移位了离散数量的n个衍射级，具体而言其中n＝0,-1,1。
[0140]
对于在此考虑的垂直结构，因此以下适用于掩模光谱m：
[0141][0142]
掩模光谱m，即衍射光谱18，因此是沿x坐标的等距衍射点链。
[0143]
使用这些近似，通过插入等式(7)，经重构光谱s可以写成如下：
[0144][0145][0146]
经重构光谱在下面被离散化，也就是说，仅考虑相应衍射级的位置处的值。对于经重构光谱的l级衍射以及照明方向移位了n个衍射级，出现以下情况：
[0147][0148]
在此，n＝0,-1,1是用于实行测量的各种照明方向，l＝-l
…
l，在此，l＝floor(pna)是na内的最多个衍射级，即在本示例中l＝1。
[0149]
通过对公式(12)取对数，得出以下：
[0150]
log(s
n,l
)＝log(t
nmn l
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0151]
log(s
n,l
)＝log(tn) log(m
n l
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0152]sn,l
＝tn m
n l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0153]
其中s
n,l
＝log(s
n,l
),tn＝log(tn)并且m
n l
＝log(m
n l
)。上面的等式(13)到(15)也可以写成矩阵形式：
[0154][0155][0156]
在此，i
2l 1
是具有(2l 1)x(2l 1)个条目的单位矩阵并且0
2l 1
是具有2l 1个条目的列零矢量。等式(16)和(17)左侧的矢量的条目是根据测量确定的复数值传播光谱s的对数。右侧的矢量的条目是掩模光谱m和传递函数t的要得到对数。m和t的这些要得到对数可以通过求矩阵的伪逆pinv根据测量值来确定：
[0157][0158]
现在，要得到的掩模光谱m(即仅由测试结构5(参见图4)挑选出的衍射光谱18)以及传递函数t(即光学系统的，具体而言投射光学单元17的，要得到的成像贡献)可以在由衍射级定义的采样点处计算：
[0159][0160]
其中l＝-l-1
…
l 1。然后可以使用这些经重构光谱，例如，以对应于de10 2019 215 800 a1中描述的方式确定掩模相位。确定方法的特点是还存在位于na以外的衍射级的重构(在这种情况下，例如，衍射级l 1，并且在特定示例性实施例中，包括 /-2级的衍射级)。甚至可以通过照明方向的进一步位移来重构更高级衍射。
[0161][0162]
其中l＝-l
…
l。
[0163]
因此，传递函数t在振幅和相位方面被重构。
[0164]
传递函数的振幅反映切趾，而相位反映波前像差。切趾和波前像差表示可以根据经确定成像贡献确定的成像质量参数的示例。
[0165]
衍射级之间的传递函数可以可选地通过插值来确定，使得对于通过投射光学单元17的成像光的方向也确定成像贡献，该方向不对应于测试结构5的衍射级的方向。
[0166]
使用具有沿一个坐标，特别是沿x坐标的周期的测试结构5的示例，对该点讨论，可以在x轴上的衍射级处重构传递函数t。为了确定整个光瞳上的传递函数，可以使用在二个维度上(即沿着x坐标和沿着y坐标二者)周期性的测试结构5。这样的二维周期性测试结构5的示例是二维周期性结构，例如接触孔的网格。这样的接触孔的网格可以被设计为圆形(针孔、针孔孔径)或正方形的周期性2-d布置。
[0167]
如图13至15所示，在这种情况下，衍射级分布在整个光瞳22、24上。在这种情况下，当实行确定方法时，在指定相应的另外的照明角度分布的范围内，照明方向首先在x方向上移位了一个或多个衍射级，然后在y方向上移位了一个或多个衍射级。
[0168]
再次，图13表示初始照明角度分布，其中光瞳区域19布置在光瞳22、24的中心，因此衍射级(x＝0，y＝0)，即(0,0)也是如此。图13还表示另外的衍射级(x，y)，其中-3≤x≤3且-2≤y≤2。
[0169]
图14示出了另外的照明角度分布，其通过由指定装置10将照明/成像光1的光瞳区域19移位到衍射级(-1，0)的位置而产生。
[0170]
图15示出了另外的照明角度分布，其通过由指定装置10将由照明/成像光1进行照明的光瞳区域19移位到初始衍射级(0，1)的位置而产生。
[0171]
因此，上述方法可以通过插值用于确定掩模光谱m和传递函数t，初始在衍射级(x，y)的位置处并且还在各衍射级之间。
[0172]
原理上，重构是以类似于1-d情况的方式实现的。由于在x和y方向上的位移，公式(16)、(17)中的矩阵的形式具有更多数量的条目。