阅读说明：本技术 用于确定衬底上的结构的感兴趣的特性的量测设备与方法 (Metrology apparatus and method for determining a characteristic of interest of a structure on a substrate ) 是由 G·J·H·布鲁斯阿德 P·W·斯摩奥伦堡 T·J·克嫩 N·基鹏 P·D·范福尔斯特 S 于 2018-12-04 设计创作，主要内容包括：一种用于确定衬底上的结构的感兴趣的特性的量测设备,所述结构具有衍射性质,所述设备包括：聚焦光学器件,所述聚焦光学器件被配置成将包括多个波长的照射辐射聚焦至所述结构上；第一检测器,所述第一检测器被配置成检测已从所述结构被衍射的照射辐射的至少一部分；和附加光学器件,所述附加光学器件被配置成在所述第一检测器的至少一部分上产生已从所述结构衍射的照射辐射的不同波长的依赖于波长的空间分布,其中所述第一检测器被布置成至少检测已从所述结构衍射的照射辐射的非零衍射阶。(A metrology apparatus for determining a characteristic of interest of a structure on a substrate, the structure having diffractive properties, the apparatus comprising: focusing optics configured to focus illumination radiation comprising a plurality of wavelengths onto the structure; a first detector configured to detect at least a portion of the illumination radiation that has been diffracted from the structure; and additional optics configured to produce a wavelength-dependent spatial distribution of different wavelengths of the illumination radiation that has been diffracted from the structure over at least a portion of the first detector, wherein the first detector is arranged to at least detect a non-zero diffraction order of the illumination radiation that has been diffracted from the structure.)

用于确定衬底上的结构的感兴趣的特性的量测设备与方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年12月28日递交的欧洲申请17210833.4的优先权，所述欧洲申请的全部内容通过引用被并入本文中。

技术领域

本公开涉及用于可用于例如通过光刻技术制造器件的检查(例如，量测)的方法和设备，并且涉及使用光刻技术来制造器件的方法。

背景技术

光刻设备是将期望的图案施加至衬底上(通常施加至衬底的目标部分上)的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造中。在所述情况下，被替代地称作掩模或掩模版的图案形成装置可以用以产生将要形成在IC的单个层上的电路图案。可以将这种图案转印至衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括部分管芯、一个或若干个管芯)上。通常通过成像至提供在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行图案的转印。通常，单个衬底将包含被连续地图案化的相邻目标部分的网络。这些目标部分通常被称作“场”。

为了将图案投影于衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。这种辐射的波长确定可以形成在衬底上的特征的最小尺寸。当前在使用中的典型波长为365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。相比于使用例如具有193nm的波长的辐射的光刻设备，使用具有在4nm至20nm的范围内的波长(例如，6.7nm或13.5nm)的极紫外线(EUV)辐射的光刻设备可以用以在衬底上形成较小特征。

在光刻过程中，期望频繁地对所产生的结构进行测量，例如，用于过程控制和验证。用以进行这种测量的工具通常被称为量测工具MT。用于进行这样的测量的不同类型的量测工具MT是众所周知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的散射仪量测工具MT。

由本发明解决的问题是如何在利用EUV辐射执行散射测量时改善诸如重叠测量之类的测量的敏感度和/或准确性。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于确定衬底上的结构的感兴趣的特性的量测设备，所述结构具有衍射性质，所述设备包括：聚焦光学器件，所述聚焦光学器件被配置成将包括多个波长的照射辐射聚焦至所述结构上；第一检测器，所述第一检测器被布置成检测已从所述结构被衍射的照射辐射的至少一部分；以及附加光学器件，所述附加光学器件被配置成在所述第一检测器的至少一部分上产生已从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长的依赖于波长的空间分布，其中所述第一检测器被配置成检测已从所述结构被衍射的照射辐射的至少非零衍射阶。

所述第一检测器可以被布置成检测已从所述结构被衍射的所述照射辐射的+1衍射阶或-1衍射阶中的至少一个衍射阶。

所述量测设备还可以包括被配置成检测已从所述结构被衍射的照射辐射的至少一部分的第二检测器，所述附加光学器件还被配置成在所述第二检测器的至少一部分上产生已从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长的依赖于波长的空间分布，其中所述第一检测器与第二检测器被布置成检测不同的衍射阶。

所述第一检测器和第二检测器可以被布置成分别检测+1衍射阶和-1衍射阶。

所述照射辐射可以包括极紫外范围内的辐射。所述光学量测设备还可以包括被配置成发射所述照射辐射的辐射源。所述辐射源可以是高次谐波产生HHG源。

所述附加光学器件可以包括分离光学器件，所述分离光学器件被配置成在所述第一检测器和/或第二检测器的至少一部分上对已从所述结构被衍射的所述照射辐射的不同波长进行空间分离。

所述分离光学器件还可以被配置成在所述第一检测器和/或第二检测器的至少不同部分上对已从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长进行空间组合。通过不同部分，这意味着与被空间分离的波长分量由所述分离光学器件引导的位置相比，在所述检测器上的不同的位置处。

所述分离光学器件可以包括衍射元件与聚焦元件的组合。所述聚焦元件可以是掠入射反射镜，诸如圆柱形或环形反射镜。所述衍射元件可以是透射光栅。所述聚焦元件可以相对于所述辐射的传播方向放置在所述透射光栅之后。所述衍射元件可以是反射光栅。反射光栅可能在软X射线/EUV方案中更适合。所述反射光栅可以相对于所述辐射的传播方向放置在所述聚焦元件之后。所述衍射元件与所述聚焦元件可以组合为单个反射性成像光栅。所述成像光栅可以包括具有线性间距的线。线密度可以在100条线/mm至50000条线/mrn的范围内。所述成像光栅可以包括具有可变间距的线，使得所述成像光栅被配置为在所述第一检测器和/或第二检测器的表面处沿大致直线聚焦从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长。

替代地，所述附加光学器件可以包括掩模层，所述掩模层被配置成在所述第一检测器和/或第二检测器的至少一部分上对已从所述结构被衍射的所述照射辐射的不同波长进行空间分离。所述掩模层可以包括包含一个或更多个孔的大致不透明的材料。每个孔可以包括透射光栅。所述掩模可以仅包含一个孔。所述孔可以是矩形的。所述掩模可以是哈特曼型掩模。

替代地，所述附加光学器件可以包括散射元件。所述散射元件可以被布置成在已从所述结构被衍射的照射辐射中产生散斑图案，其中所述第一检测器被布置成检测所述散斑图案的至少一部分。所述散射元件可以包括准随机图案或非周期性图案。所述准随机图案或非周期性图案可以被施加至掠入射反射镜或透射薄膜。所述准随机图案或非周期性图案可以由所述散射元件的先前表征得知。所述散射元件可以被布置成在检测所述照射辐射期间平移或旋转。

所述第一检测器和/或第二检测器可以是单阵列检测器或单行检测器的不同的区域。

所述量测设备还可以包括被配置成基于来自至少所述第一检测器的读数来确定所述感兴趣的特性的值的处理器。所述感兴趣的特性可以是以下中的至少一个：所述结构内的两个层的重叠值(OV)；或所述结构内的元件的临界尺寸(CD)值。

所述量测设备可以被配置成使用从所述结构被衍射的照射辐射的所检测的第零阶来执行校准。

被聚焦至所述结构上的照射辐射的数值孔径NA可以在0.01至0.05的范围内。

根据本发明的第二方面，提供一种使用光学量测设备来确定衬底上的结构的感兴趣的特性的方法，所述结构具有衍射性质，所述方法包括：使用聚焦光学器件将包括多个波长的照射辐射聚焦至所述结构上；使用第一检测器检测已从所述结构被衍射的照射辐射的至少一部分；和通过附加光学器件在所述第一检测器的至少一部分上产生已从所述结构被衍射的所述照射辐射的不同波长的依赖于波长的空间分布，其中所述第一检测器至少检测已从所述结构被衍射的照射辐射的非零衍射阶。

所述第一检测器可以检测已从所述结构被衍射的照射辐射的+1衍射阶或-1衍射阶中的至少一个衍射阶。

所述方法还可以包括：使用第二检测器检测已从所述结构被衍射的照射辐射的至少一部分；和通过所述附加光学器件在所述第二检测器的至少一部分上产生已从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长的依赖于波长的空间分布，其中所述第一检测器与第二检测器检测不同的衍射阶。

所述第一检测器和第二检测器可以分别检测+1衍射阶和-1衍射阶。

所述附加光学器件可以在所述第一检测器和/或第二检测器的至少一部分上对已从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长进行空间分离。

所述附加光学器件也可以在所述第一检测器和/或第二检测器的至少不同部分上对已从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长进行空间组合。

所述方法还可以包括操作辐射源以提供包括极紫外范围内的辐射的所述照射辐射。

所述方法还可以包括基于来自至少所述第一检测器的读数来确定所述感兴趣的特性的值。所述感兴趣的特性可以是以下中的至少一个：所述结构内的两个层的重叠(OV)、或所述结构内的元件的临界尺寸(CD)。

散射元件可以用以产生已从所述结构被衍射的照射辐射的依赖于波长的空间分布。所述散射元件可以在已从所述结构被衍射的照射辐射中产生散斑图案，其中所述第一检测器检测所述散斑图案的至少一部分。所述方法还可以包括表征所述散射元件。所述方法还可以包括在检测已从所述结构被衍射的照射辐射期间平移或旋转所述散射元件。可以通过压缩感测来分析所检测的照射辐射。

根据本发明的第三方面，提供一种计算机程序，包括在至少一个处理器上被执行时使得所述至少一个处理器控制设备以执行根据本发明的所述第二方面的方法的指令。

根据本发明的第四方面，提供一种包含根据所述第三方面的计算机程序的载体，其中所述载体是电子信号、光学信号、无线电信号、或非暂态计算机可读储存介质中的一种。

根据本发明的第五方面，提供一种包括根据所述第一方面的光学量测设备的光刻设备。

根据本发明的第六方面，提供一种包括根据所述第五方面所述的设备的光刻单元。

所述衬底上的所述结构可以仅具有某一电磁辐射波长范围内的衍射性质，并且因此所述照射辐射的所述多个波长应至少部分地且优选地完全落入一电磁辐射波长范围内，在所述电磁辐射波长范围上所述衬底上的所述结构具有衍射性质。

所述衬底可以是半导体晶片。所述衬底上的具有衍射性质的所述结构可以是具有通过光刻过程形成的复合光栅全体的量测目标。具有衍射性质的所述结构也可以为所述半导体晶片上制造的产品结构。

所述照射辐射可以包括软X射线或EUV辐射，例如0.1nm与100nm之间或可选地1nm与50nm之间或可选地10nm与20nm之间的波长范围内的辐射。

本发明旨在使得能够以更大光谱分辨率检测照射辐射的非零衍射阶。这提供测量的敏感度的相应改善，所述测量诸如重叠测量或临界尺寸测量，其用于表征衬底上的结构(诸如半导体晶片上的结构)的。这实现减少的获取时间和/或提供较高的准确性。另外，本发明旨在使得能够针对所述衬底上的更小的且处于分辨率的特征来确定感兴趣的特性，这实现具有更小目标的量测且因此更高效地使用半导体晶片上的可用空间。

附图说明

现在将参考随附附图来仅借助于示例来描述实施例，在所述附图中：

图1描绘光刻设备的示意性概述；

图2描绘光刻单元的示意性概述；

图3描绘整体光刻的示意性表示，表示优化半导体制造的三种关键技术之间的协作；

图4描绘量测设备的示意性表示，其中波长范围在0.1nm至100nm的辐射可以用于测量衬底上的结构的参数/特性；

图5图示从诸如高次谐波产生源之类的EUV源获得的典型光谱；

图6图示具有入射到衍射光栅上的多个波长的照射辐射的示例；

图7图示与图6的情形类似的情形，但在散射仪中执行基于衍射的不对称性测量的内容背景下来图示；

图8图示由散射仪的两个检测器检测的强度之间的差的示例，所述强度作为针对重叠δ的两个不同值的波长λ的函数；

图9图示与图7的情形类似的情形，但是在在紧密地聚焦所述照射辐射时；

图10针对照射辐射被紧密地聚焦的情况示出了由散射仪的两个检测器检测的强度之间的差的示例，所述强度作为针对重叠δ的两个不同值的波长λ的函数；

图11图示本发明的使用成像光栅的第一实施例；

图12图示本发明的使用聚焦反射镜与反射衍射光栅的组合的第二实施例；

图13图示本发明的使用掩模的第三实施例；并且

图14至图16图示本发明的第三实施例中使用的掩模的多个方面；

图17至图20图示掩模的分离检测器表面处的不同波长的功能；

图21图示本发明的使用散射元件的第四实施例；并且

图22是与用于使用量测设备来确定衬底上的结构的感兴趣的特性的方法相对应的流程图，所述结构具有衍射性质。

具体实施方式

在光刻过程中，期望频繁地对所产生的结构进行测量，例如用于过程控制和验证。用以进行这种测量的工具通常被称为量测工具MT。用于进行这样的测量的不同类型的量测工具MT是众所周知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的散射仪量测工具MT。散射仪为通用仪器，其允许通过以下方式测量光刻过程的参数：通过在光瞳或与散射仪的物镜的光瞳共轭的平面中具有传感器，这种测量通常被称作基于光瞳的测量；或通过在像平面中或与像平面共轭的平面中具有传感器，在这种情况下测量通常被称作基于图像或场的测量。全文以引用方式并入本发明中的专利申请US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中进一步描述这样的散射仪和相关联的测量技术。前述散射仪可以使用来自软X射线和可见光至近IR波长范围的光/辐射来测量光栅。

第一种类型的散射仪是角分辨散射仪。在这种散射仪中，重构方法可以应用至所测量的信号以重构或计算光栅的性质。这种重构可以例如由模拟散射辐射与目标结构的数学模型的相互作用且比较模拟结果与测量的结果而引起。调整数学模型的参数直至所模拟的相互作用产生与从真实目标观测到的衍射图案类似的衍射图案为止。

第二种类型的散射仪是光谱散射仪MT。在这种光谱散射仪MT中，由辐射源发射的辐射被引导至目标上且来自目标的反射或散射辐射被引导至光谱仪检测器上，所述光谱仪检测器测量镜面反射辐射(即，0阶)的光谱(即，作为波长的函数的强度的测量结果)。根据这种数据，可以例如通过严密耦合波分析和非线性回归或通过与所模拟的光谱库比较来重构产生所检测的光谱的目标的结构或轮廓。

第三种类型的散射仪是椭圆散射仪。椭圆散射仪允许通过测量针对每个偏振状态的散射辐射来确定光刻过程的参数。这种量测设备通过在量测设备的照射区段中使用例如适当偏振滤光器来发射偏振光(诸如线性、圆形或椭圆)。适用于量测设备的源也可以提供偏振辐射。全文以引用方式并入本发明中的美国专利申请11/451,599、11/708,678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110和13/891,410中描述现有椭圆散射仪的各种实施例。

散射仪MT可以被调适以通过测量反射光谱和/或检测配置中的不对称性来测量两个未对准光栅或周期性结构的重叠，所述不对称性是与重叠程度相关。可以将两个(通常叠置)光栅结构施加在两个不同层(不一定为连续层)中，并且所述两个光栅结构可以形成为处于晶片上大致相同的位置。散射仪可以具有如例如专利申请EP1,628,164A中所描述的对称检测配置，使得任何不对称性是可明确区分的。这提供用以测量光栅中的未对准的简单直接的方式。可以在全文以引用方式并入本发明中的PCT专利申请公开出版物第WO 2011/012624号或美国专利申请第US 20160161863号中找到关于通过所述周期性结构的不对称性来测量包含作为目标的周期性结构的两个层之间的重叠误差的另外的示例。

其它感兴趣的参数可以是聚焦和剂量且更具体地是由光刻设备在衬底上印制图案时使用的聚焦和剂量。可以通过散射测量(或替代地通过扫描电子显微法)同时确定聚焦和剂量，如US2011-0249244中所描述的，其通过以引用方式全文并入本发明中。可以使用具有针对聚焦能量矩阵(FEM——也被称作聚焦曝光矩阵)中的每个点的临界尺寸和侧壁角测量结果的唯一组合的单个结构。如果可以得到临界尺寸和侧壁角的这些独特组合，则可以根据这些测量结果唯一地确定聚焦值和剂量值。

量测目标可以是通过光刻过程主要在抗蚀剂中形成且也在例如蚀刻处理之后形成的复合光栅全体。通常，光栅中的结构的节距和线宽很大程度上依赖于测量光学器件(尤其是光学器件的NA)以能够捕获来自量测目标的衍射阶。如较早所指示的，衍射信号可以用以确定两个层之间的偏移(也被称作“重叠”)或可以用以重构如通过光刻过程所产生的原始光栅的至少一部分。这种重构可以用以提供光刻过程的品质指导，并且可以用以控制光刻过程的至少一部分。目标可以具有被配置成模仿目标中的设计布局的功能性部分的尺寸的较小子分段。由于这种子分段，目标将表现得更类似于设计布局的功能性部分，使得总体过程参数测量结果更好地类似于设计布局的功能性部分。可以在欠填充模式下或在过填充模式下量测目标。在欠填充模式下，测量束产生小于总体目标的斑。在过填充模式下，测量束产生大于总体目标的斑。在这种过填充模式下，也可能同时测量不同目标，由此同时确定不同的处理参数。

使用特定目标进行的光刻参数的总体测量品质至少部分地由用以测量这种光刻参数的测量选配方案来确定。术语“衬底测量选配方案”可以包括测量自身的一个或更多个参数、所测量的一个或更多个图案的一个或更多个参数，或这两者。例如，如果用于衬底测量选配方案中的测量为基于衍射的光学测量，则测量的参数中的一个或更多个可以包括辐射的波长、辐射的偏振、辐射相对于衬底的入射角、辐射相对于衬底上的图案的方向等等。用以选择测量选配方案的标准中的一个标准可以例如为测量参数中的一个测量参数对于处理变化的敏感度。全文以引用方式并入本发明中的美国专利申请US2016-0161863和没有公开的美国专利申请15/181，126中描述了更多示例。

作为对光学量测方法的替代方案，也考虑使用软X射线或EUV辐射，例如在在0.1nm与100nm之间或可选地在1nm与50nm之间或可选地在10nm与20nm之间的波长范围内的辐射。量测工具在上文所呈现的波长范围中的一个波长范围中运行的一个示例为透射小角度X射线散射(如全文以引用方式并入本发明中的US 2007224518A中的T-SAXS)。Lemaillet等人在“Intercomparison between optical and X-ray scatterometry measurements ofFinFET structures”(Proc.of SPIE，2013年，8681)中论述了使用T-SAXS的轮廓(CD)测量。在掠入射下使用X射线(GI-XRS)和极紫外线(EUV)辐射的反射量测术技术可以用于测量衬底上的膜和层叠层的性质。在一般反射量测术领域内，可以应用测角技术和/或光谱技术。在测角术中，测量具有不同入射角的反射束的变化。另一方面，光谱反射量测术测量在给定角度下反射的波长的光谱(使用宽带辐射)。例如，EUV反射量测术已在用于EUV光刻中使用的掩模版(图案形成装置)的制造之前用于掩模基底的检查。

应用的范围可能使软X射线或EUV域中的波长的使用是不足够的。因此，已公开的专利申请US 20130304424A1和US2014019097A1(Bakeman等人/KLA)描述混合量测技术，其中将使用X射线进行的测量和利用在120nm与2000nm的范围内的波长的光学测量组合在一起以获得诸如CD之类的参数的测量。通过将x射线数学模型与光学数学模型耦合在一起而获得CD测量结果。所列举的美国专利申请的全文以引用方式并入本发明中。

在详细地描述本发明的实施例之前，呈现可供实施本发明的实施例的示例环境是具指导性的。

在本发明中，术语“辐射”和“束”用以涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如，具有365、248、193、157或126nm的波长)、极紫外光辐射(EUV，例如具有在约1至100nm范围内的波长)和/或软X射线辐射(例如，在0.1至10nm的波长范围内的辐射)。

如本发明中使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以被广泛地解释为是指可以用以向入射辐射束赋予被图案化的横截面的通用图案形成装置，所述被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。在这种内容背景下，也可以使用术语“光阀”。除经典掩模(透射型或反射型、二元、相移、混合型等等)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。

图1示意性地描绘光刻设备LA。所述光刻设备LA包括：照射系统(也被称作照射器)IL，所述照射系统被配置成调节辐射束B(例如，UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如，掩模台)MT，所述掩模支撑件被构造成支撑图案形成装置(例如，掩模)MA，并且被连接至被配置成根据某些参数来准确地定位图案形成装置MA的第一定位器PM；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，所述衬底支撑件被构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W，被连接至被配置成根据某些参数而准确地定位衬底支撑件的第二定位器PW；以及投影系统(例如，折射投影透镜系统)PS，所述投影系统被配置成将由图案形成装置MA赋予至辐射束B的图案投影至衬底W的目标部分C(例如，包括一个或更多个管芯的部分)上。

在操作中，照射系统IL例如通过束传递系统BD从辐射源SO接收辐射束。照射系统IL可以包括用于引导、成形和/或控制辐射的各种类型的光学部件，诸如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型和/或其它类型的光学部件，或其任何组合。照射器IL可以用以调节辐射束B，以在图案形成装置MA的平面处在其横截面中具有期望的空间强度分布和角强度分布。

本发明中使用的术语“投影系统”PS应被广泛地解释为涵盖适于所使用的曝光辐射和/或适于诸如浸没液体的使用或真空的使用之类的其它因素的各种类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、合成型、磁性型、电磁型和/或静电型光学系统或其任何组合。可以认为本发明中对术语“投影透镜”的任何使用均与更上位的术语“投影系统”PS同义。

光刻设备LA可属于如下类型：衬底的至少一部分可以由具有相对高折射率的浸没液体(例如水)覆盖，以便填充投影系统PS与衬底W之间的空间——这也被称作浸没光刻术。以引用方式并入本发明中的US 6952253中给出关于浸没技术的更多信息。

光刻设备LA也可以属于具有两个或更多个衬底支撑件WT(也称为“双平台”)的类型。在这种“多平台”机器中，可以并行地使用衬底支撑件WT，和/或可以在对位于衬底支撑件WT中的一个衬底支撑件上的衬底W进行准备衬底W的后续曝光的步骤的同时将另一衬底支撑件WT上的另一衬底W用于在另一衬底W上曝光图案。

除了衬底支撑件WT以外，光刻设备LA也可以包括测量平台。测量平台被布置成保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置成测量投影系统PS的性质或辐射束B的性质。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的一部分或系统的提供浸没液体的部分。测量平台可以在衬底支撑件WT远离投影系统PS时在投影系统PS下移动。

在操作中，辐射束B入射到保持在掩模支撑件MT上的图案形成装置(例如掩模)MA上，并且由图案形成装置MA上存在的图案(设计布局)来图案化。在已横穿掩模MA的情况下，辐射束B通过投影系统PS，投影系统PS将所述束聚焦至衬底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，例如以便在聚焦且对准的位置处在辐射束B的路径中定位不同的目标部分C。类似地，第一定位器PM和可能的另一位置传感器(在图1中未明确地描绘)可以用以相对于辐射束B的路径来准确地定位图案形成装置MA。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。尽管如所图示的衬底对准标记P1、P2占据专用目标部分，但所述标记可以位于目标部分之间的空间中。当衬底对准标记P1、P2位于目标部分C之间时，这些衬底对准标记被称为划线对准标记。

如图2中所示出，光刻设备LA可以形成有时也被称作光刻元或光刻簇的光刻单元LC的部分，所述光刻单元LC常常也包括用以对衬底W执行曝光前和曝光后过程的设备。常规地，这些包括用以沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用以显影曝光后的抗蚀剂的显影器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、在不同过程设备之间移动衬底W且将衬底W传递至光刻设备LA的进料台LB。光刻单元中常常也被共同地称作涂覆显影系统的装置通常处于涂覆显影系统控制单元TCU的控制下，涂覆显影系统控制单元TCU自身可以受管理控制系统SCS控制，管理控制系统SCS也可以例如经由光刻控制单元LACU来控制光刻设备LA。

为了正确且一致地曝光由光刻设备LA曝光的衬底W，期望检查衬底以测量被图案化的结构的性质，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等等。出于这种目的，可以在光刻单元LC中包括检查工具(未示出)。如果检查到误差，则可以对后续衬底的曝光或对将要对衬底W执行的其它处理步骤进行例如调整，尤其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检测的情况下。

也可以被称作量测设备的检查设备用以确定衬底W的性质，并且具体地，确定不同衬底W的性质如何变化或与同一衬底W的不同层相关联的性质在层与层间如何变化。检查设备可替代地被构造成识别衬底W上的缺陷，并且可以例如为光刻单元LC的一部分，或可集成至光刻设备LA中，或甚至可以为单独的装置。检查设备可以测量潜像(在曝光之后在抗蚀剂层中的图像)上的性质，或半潜像(在曝光后焙烤步骤PEB之后在抗蚀剂层中的图像)上的性质，或显影后的抗蚀剂图像(其中抗蚀剂的曝光部分或未曝光部分已被移除)上的性质，或甚至蚀刻后的图像(在诸如蚀刻的图案转印步骤之后)上的性质。

通常光刻设备LA中的图案化过程为在处理中的最关键的步骤之一，其需要衬底W上的结构的尺寸设定和放置的高准确度。为了确保这种高准确度，可以将三个系统组合成所谓的“整体”控制环境，如图3示意性地描绘的。这些系统中的一个系统为光刻设备LA，其(实际上)连接至量测工具MT(第二系统)且连接至计算机系统CL(第三系统)。这种“整体”环境的关键在于优化这三个系统之间的协作以增强总体过程窗口且提供严格的控制回路，从而确保由光刻设备LA执行的图案化保持在过程窗口内。过程窗口定义一系列过程参数(例如，剂量、聚焦、重叠)，在所述过程参数内的具体制造过程产生限定的结果(例如，功能半导体器件)——通常光刻过程或图案化过程中的过程参数允许在所限定的结果内变化。

计算机系统CL可以使用将要被图案化的设计布局(的部分)以预测使用哪种分辨率增强技术以及执行计算光刻模拟和计算以确定哪种掩模布局和光刻设备设定实现图案化过程的最大总体过程窗口(在图3中由第一标度SC1中的双箭头描绘)。通常，分辨率增强技术被布置成匹配光刻设备LA的图案化可能性。计算机系统CL也可以用以检测光刻设备LA当前正在过程窗口内何处操作(例如，使用来自量测工具MT的输入)以预测是否可能存在由于例如次佳处理产生的缺陷(在图3中由第二标度SC2中的指向“0”的箭头描绘)。

量测工具MT可以将输入提供至计算机系统CL以实现准确模拟和预测，并且可以将反馈提供至光刻设备LA以识别例如光刻设备LA的校准状态中的可能漂移(在图3中由第三标度SC3中的多个箭头描绘)。

图4描绘量测设备302的示意性表示，其中波长范围在0.1nm至100nm内的辐射可以用于测量衬底上的结构的参数/特性。图4中呈现的量测设备302适用于软X射线或EUV域。

图4图示纯粹作为示例的包括使用掠入射中的EUV和/或软X射线辐射的光谱散射仪的量测设备302的示意性物理布置。检查设备的替代形式可以以角分辨散射仪的形式提供，所述角分辨散射仪类似于在较长波长下操作的常规散射仪使用呈正入射或近正入射的辐射。

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

在这个示例中，源310包括基于高次谐波产生(HHG)技术的EUV或软X射线辐射的产生器。这些源可以从例如美国科罗拉多州博尔德市的KMLabs(http://www.kmlabs.com/)获得。辐射源的主部件是驱动激光器330和HHG气体单元332。气体供应件334将适合的气体供应至气体单元，在所述气体单元中，所述合适气体可选地由电源336离子化。驱动激光器300可以例如是具有光学放大器的基于光纤的激光器，从而产生每脉冲可以持续例如小于1ns(1纳秒)的红外线辐射的脉冲，其中脉冲重复率根据需要达至若干兆赫兹。红外线辐射的波长可以是例如大约1μm(1微米)。激光脉冲作为第一辐射束340被传递至HHG气体单元332，其中在气体中，辐射的一部分被转换为频率比第一辐射更高的束342，其包括具有期望的波长的相干第二辐射。

第二辐射可以包含多个波长。如果所述辐射为单色的，则可以简化测量计算(例如，重构)，但在利用HHG的情况下较易于产生具有若干波长的辐射。气体单元332内的气体体积限定HHG空间，但所述空间无需被完全封闭且可以使用气体流代替静态体积。例如，气体可以是惰性气体，诸如氖气(Ne)或氩气(Ar)。N2、O2、He、Ar、Kr、Xe气体都可以被考虑。这些是设计选择的事情，并且甚至可以是同一设备内的可以选择选项。不同波长将例如在使不同材料的结构成像时提供不同的对比度水平。例如，为了检查金属结构或硅结构，可以将不同的波长选择为用于成像(碳基)抗蚀剂的特征或用于检测这些不同材料的污染的波长。可以提供一个或更多个滤光装置344。例如，诸如铝(A1)或锆薄膜的滤光器可以用以切断基谐IR辐射以免进一步传递至检查设备中。可以提供光栅(未示出)以从气体单元中产生的波长当中选择一个或更多个具体谐波波长。在真空环境内可以包含束路径中的一些或全部，应记住，软X射线辐射在空气中行进时会被吸收。辐射源310和照射光学器件312的各个部件可以是可调节的以在同一设备内实施不同量测“选配方案”。例如，不同的波长和/或偏振是可以选择的。

依赖于处于检查的结构的材料，不同波长可以提供至下部层中的期望的穿透程度。为了分辨最小器件特征以及最小器件特征当中的缺陷，则较短波长有很可能为优选的。例如，可以选择在1至20nm的范围内或可选地在1至10nm的范围内或可选地在10至20nm的范围内的一个或更多个波长。短于5nm的波长在从半导体制造中通常感兴趣的材料反射时具有低临界角。因此，选择大于5nm的波长将会在较高入射角下提供较强信号。另一方面，如果检查任务是用于检测某一材料的存在例如以检测污染，则高达50nm的波长可以是有用的。

滤光后的束342从辐射源310进入检查腔室350，其中包括感兴趣的结构的衬底W由衬底支撑件316保持以用于在测量位置处检查。感兴趣的结构被标注为T。检查腔室350内的气氛由真空泵352维持为接近真空，使得EUV辐射可以在没有过度衰减的情况下穿过所述氛围。照射系统312具有将辐射聚焦至聚焦束356中的功能，并且可以包括例如二维弯曲反射镜或一系列一维弯曲反射镜，如上文提及的已公开美国专利申请US2017/0184981A1(其全文以引用方式并入本发明中)中所描述的。执行所述聚焦以在投影至感兴趣的结构上时实现直径低于10μm的圆形或椭圆形斑S。衬底支撑件316包括例如X-Y平移平台和旋转平台，通过所述X-Y平移平台和所述旋转平台，可以使衬底W的任何部分在期望的方向上到达束的焦点。因此，辐射斑S形成在感兴趣的结构上。可替代地或另外，衬底支撑件316包括例如使衬底W以某一角度倾斜以控制感兴趣的结构T上的聚焦束的入射角的倾斜平台。

可选地，照射系统312将参考辐射束提供至参考检测器314，所述参考检测器可以被配置成测量滤光后的束342中的不同波长的光谱和/或强度。参考检测器314可以被配置成产生被提供至处理器310的信号315，并且滤光器可以包括与滤光后的束342的光谱和/或滤光后的束中的不同波长的强度有关的信息。

反射辐射360由检测器318捕获且光谱被提供至处理器320以用于计算目标结构T的性质。照射系统312和检测系统318因此形成检查设备。这种检查设备可以包括属于全文以引用方式并入本发明中的US2016282282A1中所描述的种类的软X射线和/或EUV光谱反射计。

如果目标T具有某一周期性，则聚焦束356的辐射也可以被部分地衍射。衍射辐射397遵循相对于入射角以明确限定的角度(不同于反射辐射360)的另一路径。在图4中，所绘制的衍射辐射397以示意性方式被绘制，并且衍射辐射397可以沿除所绘制的路径以外的许多其它路径。检查设备302也可以包括检测和/或成像衍射辐射397的至少一部分的其它检测系统398。在图4中，绘制了单个其它检测系统398，但检查设备302的实施例也可以包括多于一个另外的检测系统398，所述另外的检测系统被布置在不同位置处以在多个衍射方向上检测和/或成像衍射辐射397。换句话说，照射到目标T上的聚焦射束的(较高的)衍射阶由一个或更多个其它检测系统398检测和/或成像。一个或更多个检测系统398产生被提供至量测处理器320的信号399。信号399可以包括衍射辐射397的信息和/或可以包括从衍射辐射397获得的图像。

为了帮助所述斑S与期望的产品结构进行对准和聚焦，检查设备302也可以提供在量测处理器320的控制下使用辅助辐射的辅助光学器件。量测处理器320也可以与位置控制器372通信，所述位置控制器操作平移平台、旋转平台和/或倾斜平台。处理器320通过传感器接收关于衬底的位置和方向的高度准确的反馈。传感器374可以包括干涉仪，例如，其可以给出在大约皮米的准确度。在检查设备302的操作中，由检测系统318捕获的光谱数据382被传递至量测处理单元320。

如所提及的，检查设备的替代形式使用正入射或近正入射的软X射线和/或EUV辐射，例如以执行基于衍射的不对称性测量。两种类型的检查设备可以提供在混合量测系统中。将要测量的性能参数可以包括重叠(OVL)、临界尺寸(CD)和在产品结构上测量的特征的重叠或临界尺寸。软X射线和/或EUV辐射可以例如具有小于100nm且大于0.1nm的波长，例如使用在5至30nm的范围内，可选地在10nm至20nm的范围内的辐射。辐射在特性上可以是窄带或宽带。辐射可以在特定波长带中具有离散峰值或可以具有更连续的特性。

如同用于当今生产设施中的光学散射仪，检查设备302可以用于测量在光刻单元内处理的抗蚀剂材料内的结构(在显影检查或ADI之后)，和/或在结构已形成在较硬材料中之后测量所述结构(在蚀刻检查或AEI之后)。例如，可以在衬底已由显影设备、蚀刻设备、退火设备和/或其它设备处理之后使用检查设备302来检查。

本发明人已了解，在实践中，照射系统312应将入射照射辐射聚焦成感兴趣的结构上的小斑。例如，具有大约5至10μm，或甚至更小，例如大约1μm的直径的斑。这是用以部分地避免破坏包围感兴趣的结构的结构的任何杂散辐射且部分地避免任何不想要的信号到达检测器，例如来自包围衬底上的感兴趣的结构的区的反射光。对于EUV波长范围内的照射辐射，辐射的得到的数值孔径(NA)因此通常是大约0.01至0.05。数值孔径可以在0.001至0.1的范围内。数值可以在0.02至0.04的范围内。入射照射辐射可以理解为类似于其尖端处于或接近感兴趣的结构的圆锥。类似地，从感兴趣的结构衍射和反射的照射辐射将也形成具有相当于照射辐射的NA的NA的圆锥(如果斑尺寸小于感兴趣的结构)。

本发明人已了解，衍射照射辐射/反射照射辐射的得到的相对大NA将引起散射仪的敏感度降低，如现将参考图5至图10所解释的。

图5图示如上文所描述的从诸如高次谐波产生源的EUV源获得的光谱的示例。EUV辐射用作用于感兴趣的结构的照射辐射。光谱包括大致10nm至20nm的间隔下的多个离散波长分量。

在图6中，照射辐射601入射到衍射光栅602上。第一检测器603和第二检测器604被布置成分别检测从目标衍射的照射辐射的+1衍射阶和-1衍射阶。照射辐射被衍射的角度取决于光栅节距和照射辐射的波长。因此，当使用HHG源以产生EUV照射辐射时，不同谐波或波长将以不同角度衍射，并且原则上可以由检测器603和604分别地分辨。

图7示出与图6的情形类似的情形，但在散射仪中执行基于衍射的不对称性测量的内容背景下来图示。半导体结构的生产中的一个重要量度是叠层中的不同层之间的重叠。当由其它层的叠层605分离的两个衍射光栅602a与602b相对于彼此具有偏移δ时，在+1阶与-1阶中被衍射的辐射强度之间会发生差异。这种差异可以由检测器603和604测量(并校准)以确定重叠δ。

由于光栅之间的叠层605的层中的辐射和叠层的中间层的组成的干扰，两个检测器603与604上的信号差异强烈取决于照射辐射的波长。图8图示由检测器603检测的强度与由检测器604检测的强度之间的差异的示例，其对于两个不同的重叠δ值(0a.u.和1a.u.)随波长λ变化。在本发明中，术语“曲线”用以指代波长(x轴)与两个信号之间的差异(y轴)之间的关系。理想地，将想要在具有最大敏感度的波长下进行测量，其由具有图8中的实线与虚线之间的最大差的波长表示。替代地，将想要能够分辨整个曲线。因此，重要条件是能够足够良好地分辨不同波长以分辨曲线中的振荡。

然而，图7和图8的示例未示出紧密地将照射辐射聚焦到感兴趣的结构上的效应。如上文提及的，入射照射辐射601可以被理解为类似于其尖端处于或接近感兴趣的结构的圆锥。类似地，从感兴趣的结构衍射和反射的照射辐射将也形成具有相当于照射辐射的NA的NA的圆锥(如果斑尺寸小于感兴趣的结构)。在图9中，为简单起见，在+1衍射阶和-1衍射阶中的每个衍射阶中示意性地表示照射辐射的三个离散的衍射波长。每个衍射波长分量由朝向检测器603和604传播的单独的圆锥606a、606b和606c组成。照射辐射的有限(并非无限小)NA的效应是具有不同波长的衍射辐射将在检测器603和604上重叠。换句话说，检测器的特定像素将接收具有不同波长的辐射。这降低了系统的波长分辨率。图10图示降低的波长分辨率对曲线的分辨率具有的影响。因为不同波长到达同一检测器像素，所以曲线被有效地平滑。测量结果(例如重叠)的敏感度减小很多。这是因为强度差由于平滑而减小很多。

为了克服上文解释的曲线的平滑，并且因此为了避免测量技术的得到的敏感度损失，根据本发明的第一实施例，提供呈分离光学器件形式的附加光学器件，包括衍射元件与聚焦元件的组合。如图11中所图示，在第一实施例中，衍射元件和聚焦元件由放置在每个检测器之前的单个成像光栅607、608组成，由此一个这种成像光栅被放置在已从衬底上的结构衍射(即，从形成在结构内的光栅602a和602b衍射)的照射辐射601的+1和-1衍射阶中的每个衍射阶中。分别在+1衍射阶和-1衍射阶的路径中，每个成像光栅中的一个成像光栅被放置在衬底与第一检测器603和第二检测器604之间。为简单起见，在图11中，照射辐射仅示出为具有两个离散波长606a和606b，但在实践中，例如如果照射辐射源是如上文参考图5描述的高次谐波产生源，则照射辐射可以包括大量不同波长。

在第一实施例中，成像光栅是至少在一个方向上弯曲以便对从结构衍射的辐射进行再聚焦的掠入射反射镜。例如，其可以是环形或圆柱形反射镜。在反射镜表面上，形成衍射光栅以衍射入射辐射，由此将以不同角度衍射入射到成像光栅上的不同波长。与圆柱形/环形反射镜的再聚焦效应组合，成像光栅可以被布置成以下方式：将不同波长聚焦到检测器表面上的不同部位(例如不同检测器像素)处。利用上文阐明的优点，这具有提高检测的光谱分辨率且因此提高测量设置的敏感度由此使得能够完全分辨曲线的效果。检测器被布置成从成像光栅检测+1和-1阶衍射。

在一个示例中，衍射光栅是线性光栅，即，横跨光栅的表面，线密度/间距是恒定的。在这种情况下，不同波长的第1衍射阶的聚焦的位置大致沿弧形布置。在另一示例中，衍射光栅形成为具有可变线间距。在这种情况下，不同波长的第1衍射阶的聚焦的位置大致沿直线布置。

在第二实施例中，不使用单个成像光栅607、608以对来自衬底上的结构的每个衍射阶进行再成像，而是为每个检测器提供单独的衍射元件和聚焦元件。图12图示第二实施例，其中在两个检测器603、604中的每个检测器之前包括反射光栅612a、612b与聚焦反射镜611a、611b的组合，以在检测器的表面上对+1衍射阶和-1衍射阶的波长进行空间分离。为了绘图清晰起见，不同波长分量606a、606b示出为单条线，但应理解，由于照射辐射聚焦至目标上，衍射辐射将也由存在于照射辐射中的每个波长分量的有效圆锥组成。另外，仅示出两个波长分量，但对于提供照射辐射的典型EUV源，将通常存在许多波长分量。与图12中所图示的反射光栅相反，衍射元件可替代地是透射衍射光栅。聚焦元件可以是掠入射环形反射镜或掠入射圆柱形反射镜。聚焦元件可替代地是椭圆形反射镜，或引起辐射的再聚焦的任何其它自由形式的反射镜。通过多个离散聚焦元件(例如一对反射镜)的组合，也可以实现聚焦。反射镜可以相对于辐射的传播方向放置在衍射元件之前或之后。在图12中，反射镜相对于辐射的传播方向放置在光栅之前。

在第一实施例和第二实施例中，检测器603、604中的一个检测器或两者也可以被布置成检测再成像辐射610a和610b的第0阶。检测所述再成像辐射的第0阶可以得到与结构或光栅602a与602b之间的形成结构的部分的叠层605的性质有关的额外信息。然而，检测第0阶是可选的，并且对于本发明的工作并非是必不可少的。在图12中图示的第二实施例中，没有示出再成像辐射的第零阶，但如在图11中图示的第一实施例中，也可以例如出于校准目的来检测第零阶。

应了解，在第二实施例中，当光栅是反射光栅和透射光栅时，聚焦元件均可以放置在光栅之前或之后。

形成第一实施例的成像光栅或第二实施例的单独的衍射光栅的部分的衍射光栅的最大线密度由存在衍射阶可以离开光栅表面的真实角度的要求设定。真实角度意味着与假想角度相对，在这种情况下光将作为隐失波耦合且不离开光栅传播。如果衍射光栅的相邻线之间的距离至少是衍射辐射的波长，则将存在这样的真实角度。例如，10至20nm的波长范围可能非常适合于具有最大50000条线/mm的线密度的光栅。

光栅线密度的下限由期望的光谱分辨率设定，即，由应被分辨的邻近波长λ之间的最小差dλ设定。依据N＞dλ/λ给出光栅上的需要由从结构被衍射的照射辐射的束照射的最小线数N。实际上，对于集成电路的量测，可能需要约dλ＝0.1nm的分辨率，其对于接近10nm(即，典型EUV波长)范围内的波长λ需要照射最少N(约100)条线。来自结构的衍射辐射的束的典型发散被预期是几mrad。另外，再成像光栅将通常远离结构几十厘米放置。因而，光栅上的衍射照射辐射的斑尺寸将是大约1mm。因为这种斑必须覆盖如上文所示出的至少100条线，所以线密度可以是至少100条线/mm。然而，应理解，基于光谱分辨率和束斑尺寸的典型要求，这是示例性最小线密度。线密度可以在100条线/mm至50000条线/mm的范围内。线密度可以在1000条线/mm至20000条线/mm的范围内。线密度可以在5000条线/mm至10000条线/mm的范围内。

现将参考图13描述本发明的第三实施例。在这种实施例中，代替上文所描述的成像光栅，在照射辐射的+1衍射阶和-1衍射阶的路径中，在衬底与检测器603、604之间引入掩模613。掩模由孔阵列组成，其中每个孔包含透射光栅。掩模类似于哈特曼掩模，其通常被优化用于全波前重构。图13是穿过掩模613的中心的横截面。图14是示出掩模的中心中的用于允许照射辐射601传播穿过掩模至下方衬底上的结构的开口614的示意性俯视图。从结构被衍射的照射辐射将照射到掩模上，并且由形成在如下文所描述的掩模中的孔阵列和光栅控制。

图15是根据第三实施例的具有用于掩模613中的色散元件的孔阵列的示例的微缩图。孔阵列由具有孔615的不透明材料限定，并且每个孔615包含透射光栅结构。在这个示例中，所述结构由20μm直径的孔的集合组成，所述孔被制造于金属涂覆膜(其对EUV辐射不透明)中。掩模设计可以被优化用于特定量测目标(其是衬底上的感兴趣的结构的示例)。例如，孔位置、大小和光栅都可以针对最佳性能而被优化，例如检测器处的不同波长分量的最佳分离。在这个示例中，孔阵列由孔部位的被标注为A和B的两个交错子集限定。子集的数目如果需要可以是一个、两个或多于两个。替代地，可以仅存在孔的一个集合，并且可以不存在子集。孔的每个子集被排列在分别由二维间距向量a1、a2和b1、b2定义的二维栅格上。交错间距向量ab定义两个栅格之间的偏移。应注意，每个栅格的间距向量不平行也不正交。在不背离本公开的原理的情况下，其它布置是容许的。

图16的(a)更详细地示出属于阵列部位的子集A的孔615(A)中的光栅结构，而图16的(b)示出子集B中的孔615(B)。如可见的，每个光栅结构用(透射)线和(不透明)空间的光栅填充其孔。每个光栅结构具有周期性方向，并且子集A与B之间的差异为子集A的周期性方向(由光栅向量Pa所指示)不同于子集B的周期性方向(由光栅向量Pb所指示的)。光栅结构的节距使得合理数目个光栅线落入孔615的尺寸内。在附图中所示出的示例中，光栅结构的节距是0.5μm。两个子集的节距相同，但原则上可以不同。

在图15和图16中也示出光栅向量Pa和Pb。将看见，每个光栅向量与孔阵列613中的部位的对应子集的间距向量呈大致垂直的角度。熟悉技术的读者将已知光栅结构用作使不同波长(不同光谱分量)的辐射分散在不同方向上。不同光谱分量的方向沿色散方向间隔开。光栅向量也限定色散方向。图15中也标记间距Sa和Sb。这些内容示出在与由部位阵列的所述子集中的光栅向量定义的色散方向呈横向的方向上测量的所述子集中的部位的最小分离。在本发明的内容背景下，不必具有属于群A的孔和属于群B的孔。所有孔也可以具有类似的或相同的光栅。

光栅结构是色散元件的示例。原则上，也可以设想诸如棱镜之类的折射色散元件，但光栅更适合于与极紫外线辐射一起使用。孔阵列和色散元件可以提供为反射元件而不是所示出透射元件。在实施例中，基于哈特曼掩模，色散元件将足够大以涵盖聚焦元件的区域。它们可以根据需要被形成为聚焦元件的一部分或作为单独的部件来应用。它们可以根据需要被布置在不同子集中。

掩模613将在检测器的表面处对照射辐射的+1衍射阶和-1衍射阶的不同波长分量进行空间分离，以及出于上文结合第一实施例和第二实施例提及的用途而保留零阶。掩模的完整功能在2017年5月31日提交的欧洲专利申请EP17173786.9和可以在http://arxiv.org/abs/1712.04234得到的科学论文中描述，两者的内容的全文以引用方式并入本发明中。可以选择掩模的参数以优化可以在掩模的较高阶分支中所检测的信息的量。例如，可以优化孔的位置、大小、节距和形状，以及光栅的节距和取向。对于半导体晶片的量测，衬底上的结构的先前知识通常是可得到的。接着可以优化针对特定目标的掩模设计：例如，将孔设计为位于预期光所处的位置处，选择光栅节距以优化光谱分辨率等等。

参考附图中的图17至图20图示本发明实施例中的掩模613的操作。图17图示已针对以下情况从感兴趣的结构被衍射的照射辐射的示例性分布：照射辐射具有非常小的数值孔径且无分离光学器件放置在所述结构与检测器之间。作为分别检测+1衍射阶和-1衍射阶的检测器603和604两者上的小离散斑，在检测器表面处捕获照射辐射(例如，具有如图5中所示出光谱的HHG辐射)的不同的(离散)波长。虚线竖线表示对称轴。为了清晰起见，在图17至图20中仅图示三个单独的波长606a、606b和606c。通过这些斑的强度逐波长比较，可以导出曲线(例如，如图8中所示出的曲线)。在照射辐射具有非常小的数值孔径的情况下，如图17中所示出的，可以通过直接对由波长照射的检测器像素的强度进行求和来得出单个波长的强度。无检测器像素由照射辐射的离散波长中的多于一个离散波长来照射，对于照射辐射具有非常小或完全可忽略的数值孔径且不需要分离光学器件的这种情况，这使得对检测器输出的分析相对直接。在1D圆锥衍射的情况下，所有斑将在检测器表面处沿弧形出现。

图18图示已针对以下情况从感兴趣的结构被衍射的照射辐射的示例性分布：照射辐射比图17的照射辐射具有更大的数值孔径且无分离光学器件放置在结构与检测器之间。这种情形可以随着0.01至0.05的范围内的数值孔径出现。在入射束的NA增加的情况下，照射辐射的不同的(离散)波长在两个检测器603和604上叠置。由于这种叠置，对像素进行分组以导出如上文参考图17所描述的强度由于叠置而无法用以准确地确定单个波长的总检测强度。

图19图示具有针对如图18中所示出的照射辐射的分布来优化的优选孔615位置的示例性标记613的一部分。k_g1、k_g2和k_g3指示与多个孔中的每个孔相关联的光栅向量的方向，如参考图16所解释的。在这个示例中，光栅向量大致垂直于衍射辐射沿其分布的弧形。

图20图示透射穿过掩模613且入射到监测照射辐射的+1衍射阶的检测器603上的照射辐射的分布。在中心中，沿原始弧形分布的是与穿过掩模的孔直接透射照射辐射相对应的斑620。在这些斑620处，不同波长仍被混合。以上和以下的斑位于被由于孔中的光栅而光谱分辨的斑形成在掩模光栅的+1和-1阶中的位置。可以通过对由相同波长照射的像素进行求和来计算依赖于波长的强度，并且因此可以导出与图8的曲线类似的曲线。因此，掩模执行在第一检测器和第二检测器的表面处对从感兴趣的结构衍射的照射辐射的不同波长进行空间分离的功能。

现将参考图21描述本发明的第四实施例。在这种实施例中，而不是成像光栅或掩模，呈散射元件640形式的附加光学器件在照射辐射601的+1衍射阶和-1衍射阶的路径中设置在衬底与检测器603、604之间。散射元件可以包括施加至掠入射反射镜或透射薄膜(例如，氮化硅膜)的准随机结构/图案或非周期性结构/图案。包含在散射元件内/上的图案可以产生被赋予至从散射元件反射/透射穿过散射元件的衍射照射辐射上的多色散斑图案642。为简单起见，在图21中，照射辐射仅示出为具有两个离散波长606a和606b，但在实践中，例如如果照射辐射源是如上文参考图5所描述的高次谐波产生源，则照射辐射可以包括大量不同波长。

在得到的散斑图案642的一些区处，照射辐射的不同单独的波长可以在空间上是非叠置的，并且与在没有使用散射元件或其它分离光学器件的情况相比，与其它波长更少地叠置。这使得与在没有使用散射元件的情况相比能够从衍射照射辐射提取更多的信息。在这这个意义上，与散射元件之前的衍射照射辐射中可得到的可观测量相比，得到的多色散斑图案可以包含更多的可观测量。

散射元件上的非周期性图案优选地是充分众所周知的，使得对散射照射辐射的分析能够确定照射辐射的不同波长分量的强度。以这种方式，这种具有已知非周期性图案的散射元件使用类似于诸如X射线成像的技术中使用的编码孔/掩模。所述技术也在分析散射照射辐射时利用来自压缩感测的概念。

散射元件可以在数据采集期间在空间上四处移动。例如，相对于衍射照射辐射的传播方向，散射元件在不同的横向或纵向位置中或以不同旋转角中，由检测器603、604取得照射辐射的一系列曝光。以这种方式，所述技术可以利用来自叠层成像的方面。预期通过四处移动散射元件来引入附加差异(即，照射辐射的空间分布的附加的波长依赖性)，其可以使得能够提取与衍射照射辐射有关的更多信息。

另外，可以通过类叠层成像方法与基准物的适当选择进行组合来校准散射元件自身，基准物例如用以分离的单独的波长的特殊材料/薄膜/多层，或具有特定节距以在散射元件上扫描衍射阶的光栅。

对于散射元件包括施加至掠入射反射镜的非周期性图案的情况，反射镜也可以具有光学功率，例如，器可以是环形或圆柱形反射镜。光学功率的使用也可以延伸至散射元件在透射而不是反射中操作的情况。

散射元件的使用可以将放置在例如如上文参考第一实施例所描述的成像光栅上的某些要求。成像光栅可以被视为散射元件的特殊情况，其中图案是可变线间距光栅而不是准随机或非周期性透射/反射图案。

在所有上述实施例中，检测器上的斑可以比不具有分离光学器件的情况下小大约100倍。即使当考虑(弯曲)衍射光栅的有限效率时，这将也增加所测量的信号的强度。与散粒噪声(由于每个像素上检测的有限数目个光子的统计误差)相比，这将改善有用信号，并且因此提供更大的测量敏感度和/或减少的获取时间。

图22图示使用量测设备来确定衬底上的结构的感兴趣的特性的方法。在步骤S1处，使用聚焦光学器件(例如，锥形反射镜)使包括多个波长的照射辐射聚焦至结构上。在步骤S3处，使用第一检测器来检测已从结构被衍射的照射辐射的至少一部分(例如，在+1衍射阶中)。第一检测器至少检测已从结构被衍射的照射辐射的非零衍射阶。在步骤S1与S3之间，在步骤S2处，使用单独的光学器件(例如，如上文描述的掩模或成像光栅)在第一检测器的至少一部分上对照射辐射的不同波长进行空间分离。应了解，空间分离的步骤发生在检测已从感兴趣的结构衍射的照射辐射之前。

如在本发明的内容背景下使用的术语“依赖于波长的空间分布”应被理解为意味着，借助于附加光学器件，从结构衍射的照射辐射的两个或更多个波长分量被给予第一检测器/第二检测器上的不同空间分布。以这种方式，净空间分布(其可以被视为照射辐射的每个波长分量的单独的空间分布的叠加，例如由HHG源产生的每个谐波)可以包含照射辐射的特定波长分量比其它波长分量具有更高强度(且反之亦然)的区。例如，对于附加光学器件包括散射元件的情况，可以产生一系列部分叠置的散斑图案(对于照射辐射的每个波长产生一个散斑图案)。因为每个波长的散斑图案通常将是基本不同的，所以由散射元件产生的总体空间分布是依赖于波长的。

在后续被编号的方面中公开其它实施例：

1.一种用于确定衬底上的结构的感兴趣的特性的量测设备，所述结构具有衍射性质，所述设备包括：

聚焦光学器件，所述聚焦光学器件被配置成将包括多个波长的照射辐射聚焦至所述结构上；

第一检测器，所述第一检测器被配置成检测已从所述结构被衍射的照射辐射的至少一部分；以及

附加光学器件，所述附加光学器件被配置成在所述第一检测器的至少一部分上产生已从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长的依赖于波长的空间分布，

其中所述第一检测器被布置成检测已从所述结构被衍射的照射辐射的至少非零衍射阶。

2.根据方面1所述的量测设备，其中所述第一检测器被布置成检测已从所述结构被衍射的照射辐射的+1衍射阶或-1衍射阶中的至少一个衍射阶。

3.根据方面1或2所述的量测设备，还包括被配置成检测已从所述结构被衍射的照射辐射的至少一部分的第二检测器，所述附加光学器件还被配置成在所述第二检测器的至少一部分上产生已从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长的依赖于波长的空间分布，其中所述第一检测器与所述第二检测器被布置成检测不同的衍射阶。

4.根据方面3所述的量测设备，其中所述第一检测器和所述第二检测器被布置成分别检测+1衍射阶和-1衍射阶。

5.根据任一前述方面所述的量测设备，其中所述照射辐射包括极紫外范围内的辐射。

6.根据任一前述方面所述的量测设备，还包括被配置成发射所述照射辐射的辐射源。

7.根据方面6所述的量测设备，其中所述辐射源是高次谐波产生源。

8.根据任一前述方面所述的量测设备，其中所述附加光学器件包括分离光学器件，所述分离光学器件被配置成，在所述第一检测器和/或所述第二检测器的至少一部分上，对已从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长进行空间分离。

9.根据方面8所述的量测设备，其中所述分离光学器件还被配置成，在所述第一检测器和/或所述第二检测器的至少一不同部分上，对已从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长进行空间组合。

10.根据方面8或9所述的量测设备，其中所述分离光学器件包括衍射元件与聚焦元件的组合。

11.根据方面10所述的量测设备，其中所述聚焦元件是掠入射反射镜。

12.根据方面11所述的量测设备，其中所述反射镜是圆柱形反射镜或环形反射镜。

13.根据方面10至12中任一项所述的量测设备，其中所述衍射元件是透射光栅。

14.根据方面13所述的量测设备，其中所述聚焦元件相对于辐射的传播方向放置在所述透射光栅之后。

15.根据方面10至12中任一项所述的量测设备，其中所述衍射元件是反射光栅。

16.根据方面15所述的量测设备，其中所述反射光栅相对于辐射的传播方向放置在所述聚焦元件之后。

17.根据方面10所述的量测设备，其中所述衍射元件与所述聚焦元件被组合为单个成像光栅。

18.根据方面17所述的量测设备，其中所述成像光栅包括具有线性间距的线。

19.根据方面18所述的量测设备，其中所述成像光栅的线密度在100条线/mm至50000条线/mm的范围内。

20.根据方面17所述的量测设备，其中所述成像光栅包括具有可变线间距的线，使得所述成像光栅被配置为：在所述第一检测器和/或所述第二检测器的表面、沿大致直线聚焦从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长。

21.根据方面1至7中任一项所述的量测设备，其中所述附加光学器件包括掩模层，所述掩模层被配置成，在所述第一检测器和/或所述第二检测器的至少一部分上，对已从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长进行空间分离。

22.根据方面21所述的量测设备，其中所述掩模层包括包含一个或更多个孔的大致不透明的材料。

23.根据方面22所述的量测设备，其中每个孔包括透射光栅。

24.根据方面22或23所述的量测设备，其中所述掩模仅包含一个孔。

25.根据方面22至24中任一项所述的量测设备，其中所述一个或更多个孔是矩形的。

26.根据方面21至25中任一项所述的量测设备，其中所述掩模是哈特曼型掩模。

27.根据方面1至7中任一项所述的量测设备，其中所述附加光学器件包括散射元件。

28.根据方面27所述的量测设备，其中所述散射元件被布置成在已从所述结构被衍射的照射辐射中产生散斑图案，其中所述第一检测器被布置成检测所述散斑图案的至少一部分。

29.根据方面27或28所述的量测设备，其中所述散射元件包括准随机图案或非周期性图案。

30.根据方面29所述的量测设备，其中所述准随机图案或所述非周期性图案被施加至掠入射反射镜或透射薄膜。

31.根据方面30所述的量测设备，其中所述准随机图案或所述非周期性图案由所述散射元件的先前表征得知。

32.根据方面27至31中任一项所述的量测设备，其中所述散射元件被布置成平移或旋转。

33根据任一前述方面所述的量测设备，其中所述第一检测器和/或第二检测器是单阵列检测器或单行检测器的不同的区域。

34.根据任一前述方面所述的量测设备，还包括被配置成基于来自至少所述第一检测器的读数来确定所述感兴趣的特性的值的处理器。

35.根据方面34所述的量测设备，其中所述感兴趣的特性是以下中的至少一个：所述结构内的两个层的重叠值(OV)；或所述结构内的元件的临界尺寸(CD)值。

36.根据方面9或从属于方面9的任何方面所述的量测设备，其中所述量测设备被配置成使用从所述结构被衍射的照射辐射的所检测的第零阶来执行校准。

37.根据任一前述方面所述的量测设备，其中被聚焦至所述结构上的照射辐射的数值孔径NA在0.01至0.05的范围内。

38.一种使用量测设备确定衬底上的结构的感兴趣的特性的方法，所述结构具有衍射性质，所述方法包括：

使用聚焦光学器件将包括多个波长的照射辐射聚焦至所述结构上；

使用第一检测器检测已从所述结构被衍射的照射辐射的至少一部分；以及

通过附加光学器件在所述第一检测器的至少一部分上产生已从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长的依赖于波长的空间分布，

其中所述第一检测器检测已从所述结构被衍射的照射辐射的至少非零衍射阶。

39.根据方面38所述的方法，其中所述第一检测器检测已从所述结构被衍射的照射辐射的+1衍射阶或-1衍射阶中的至少一个衍射阶。

40.根据方面37或38所述的方法，还包括：

使用第二检测器来检测已从所述结构被衍射的照射辐射的至少一部分；和

通过所述附加光学器件在所述第二检测器的至少一部分上产生已从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长的依赖于波长的空间分布，

其中所述第一检测器与所述第二检测器检测不同的衍射阶。

41.根据方面40所述的方法，其中所述第一检测器和所述第二检测器分别检测+1衍射阶和-1衍射阶。

42.根据方面38至41中任一项所述的方法，其中所述附加光学器件在所述第一检测器的至少一部分上对已从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长进行空间分离。

43.根据方面42所述的方法，其中所述附加光学器件也在所述第一检测器和/或所述第二检测器的至少一不同部分上对已从所述结构被衍射的照射辐射的不同波长进行空间组合。

44.根据方面38至41中任一项所述的方法，其中所述附加光学器件包括用于执行产生依赖于波长的空间分布的步骤的散射元件。

45.根据方面44所述的方法，其中所述散射元件在已从所述结构被衍射的照射辐射中产生散斑图案，并且其中所述第一检测器检测所述散斑图案的至少一部分。

46.根据方面44或45所述的方法，还包括表征所述散射元件。

47.根据方面44至46中任一项所述的方法，还包括在检测已从所述结构被衍射的照射辐射期间平移或旋转所述散射元件。

48.根据方面44至47中任一项所述的方法，还包括通过压缩感测执行对所检测的照射辐射的分析。

49.根据方面38至48中任一项所述的方法，还包括操作辐射源以提供包括极紫外范围内的辐射的所述照射辐射。

50.根据方面38至49中任一项所述的方法，还包括基于来自至少所述第一检测器的读数来确定所述感兴趣的特性的值。

51.根据方面50所述的方法，其中所述感兴趣的特性是以下中的至少一个：所述结构内的两个层的重叠(OV)；或所述结构内的元件的临界尺寸(CD)。

52.一种计算机程序，包括在至少一个处理器上被执行时使得所述至少一个处理器控制设备以执行根据方面38至52中任一项所述的方法的指令。

53.一种包含根据方面52所述的计算机程序的载体，其中所述载体是电子信号、光学信号、无线电信号、或非暂态计算机可读储存介质中的一种。

54.一种光刻设备，包括根据方面1至37中任一项所述的量测设备。

55.一种光刻单元，包括根据方面54所述的设备。

尽管在本发明中具体地参考“量测设备”，但这个术语也可以指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以检测衬底的缺陷或衬底上的结构的缺陷。在这种实施例中，衬底上的结构的感兴趣的特性可能涉及结构中的缺陷、结构的特定部分的不存在或衬底上的不想要的结构的存在。

尽管可以在本发明中具体地参考在IC制造中的光刻设备的使用，但应理解，本发明所描述的光刻设备可以具有其它应用。可能的其它应用包括制造集成光学系统、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)、薄膜磁头等等。

尽管可以在本发明中具体地参考在量测设备的内容背景下的本发明的实施例，但本发明的实施例可以用于其它设备中。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、光刻设备或测量或处理诸如晶片(或其它衬底)或掩模(或其它图案形成装置)的对象的任何设备的部分。这些设备可一般被称作光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。

尽管上文可以具体地参考在光学光刻的内容背景下对本发明的实施例的使用，但应了解，本发明在内容背景允许的情况下不限于光学光刻术并且可以用于其它应用，例如压印光刻术中。

虽然上文已描述本发明的具体实施例，但应了解，可以与所描述方式不同的其它方式来实践本发明。以上描述意图为说明性的，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明的权利要求的范围的情况下对如所描述的本发明进行修改。