阅读说明：本技术 量测参数确定和量测选配方案选择 (Metrology parameter determination and metrology recipe selection ) 是由 N·贾瓦希里 M·哈伊赫曼达 O·V·兹维尔 G·R·圣圭内蒂 于 2018-04-10 设计创作，主要内容包括：一种从量测目标确定图案化过程参数的方法,所述方法包括：从量测目标获得多个衍射辐射值,所述多个衍射辐射值中的每个衍射辐射值与目标的照射辐射的多个照射条件中的不同照射条件相对应；和使用值的组合确定目标的图案化过程参数的相同的值。(A method of determining patterning process parameters from a metrology target, the method comprising: obtaining a plurality of diffracted radiation values from a metrology target, each of the plurality of diffracted radiation values corresponding to a different one of a plurality of illumination conditions of illumination radiation of the target; and determining the same value of the patterning process parameter of the target using the combination of values.)

量测参数确定和量测选配方案选择

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年5月3日提交的美国申请62/501,047和于2018年1月19日提交的欧洲申请18152479.4的优先权，这些专利申请的全部内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本公开涉及用于可用在例如用光刻技术的器件制造中的检查(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

光刻设备是一种将期望的图案施加到衬底(通常是在衬底的目标部分上)上的机器。例如，光刻设备可以用于集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可替代地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于产生要在IC的单层上形成的电路图案。可以将所述图案转印到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括管芯的一部分、一个或更多个管芯)上。典型地，通过将图案成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行图案的转印。通常，单个衬底将包含被连续图案化的相邻目标部分的网络。

能够实现图案化过程(即产生涉及图案化(诸如，光刻曝光或压印)的器件或其它结构的过程，所述过程典型地可以包括一个或更多个关联的处理步骤，诸如抗蚀剂的显影、蚀刻等)的重要方面包括开发所述过程本身，对其进行设置以进行监测和控制，然后实际监测和控制所述过程本身。在假设图形化过程(诸如图案形成装置图案、抗蚀剂类型、光刻后过程步骤(诸如显影、蚀刻等))的基本原理的配置的情况下，期望在图案化过程中设定设备，以将图案转印到衬底上，显影一个或更多个量测目标以监测所述过程，设定量测过程以测量量测目标，然后基于测量结果来实施监测和/或控制所述过程的过程。

因此，在图案化过程中，期望确定(例如，测量、使用对图案化过程的一个或更多个方面进行建模的一个或更多个模型来模拟等)感兴趣的一个或更多个参数，诸如结构的临界尺寸(CD)、在衬底中或衬底上形成的连续层之间的重叠误差(即，连续层的不期望的和无意的未对准)等。

期望确定用于通过图案化过程而产生的结构的这样的一个或更多个感兴趣的参数，并且将它们用于与图案化过程相关的设计、控制和/或监测，例如用于过程设计、控制和/或验证。可以将图案化的结构的已确定的一个或更多个感兴趣的参数用于图案化过程设计、校正和/或验证、缺陷检测或分类、良率估计和/或过程控制。

因此，在图案化过程中，期望频繁地对所产生的结构进行测量，例如以用于过程控制和验证。已知用于进行这种测量的各种工具，包括经常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜和用于测量重叠的专用工具，重叠是器件中的两个层的对准的准确度的度量。可以依据两个层之间的未对准程度来描述重叠，例如，对测量的1nm的重叠的提及可以描述两个层存在1nm的未对准的情形。

已经开发出了各种形式的检查设备(例如量测设备)以供光刻领域中使用。这些装置将辐射束引导到目标上，并且测量改变方向的(例如散射的)辐射的一个或更多个属性——例如在单个反射角下作为波长的函数的强度；在一种或更多种波长下作为反射角的函数的强度；或者作为反射角的函数的偏振——以获得“光谱”，可以根据该“光谱”确定目标的感兴趣的属性。确定感兴趣的属性可以通过各种技术来执行：例如，通过诸如严格耦合波分析或有限元方法等迭代方法进行目标的重构；库搜索；和主成分分析。

另外的技术涉及阻挡零阶衍射(对应于镜面反射)且仅处理更高阶衍射。可以在PCT专利申请公开出版物WO 2009/078708和WO 2009/106279中找到这样的量测的示例，这些专利申请的全部内容以引用方式并入本文中。已经在美国专利申请公开出版物US 2011-0027704、US 2011-0043791和US 2012-0242940中描述了所述技术的进一步发展，这些专利申请中的每个专利申请的全部内容都并入本文中。这样的基于衍射的技术典型地用于测量重叠。用于多种技术的目标可以小于照射斑并且可以被衬底上的产品结构包围。目标可以包括多个周期性结构，可以在一个图像中测量所述周期性结构。在特定形式的这样的量测技术中，通过在某些条件下测量目标两次，同时使目标旋转或者改变照射模式或成像模式以便分别获得常态的(例如，+1)和互补的(例如，-1)衍射阶强度，来获得重叠测量结果。针对于给定目标的强度不对称性(这些衍射阶强度的比较)提供目标不对称性(即，目标中的不对称性)的测量结果。目标中的这种不对称性可以用作重叠误差的指示器。

发明内容

在重叠测量的示例中，上文的技术依赖于如下假定：重叠(即，重叠误差和有意的偏置)是目标中的目标不对称性的唯一原因。目标或测量中的任何其它不对称性(诸如上层和/或下层中周期性结构内的特征的结构不对称性、使用传感器进行的测量中的不对称性等)也可能导致第一(或其它更高)阶中测量的强度不对称性。这种强度不对称性可归因于目标和/或测量中这样的其它不对称性，并且与重叠(包括有意的偏置)不相关，扰乱了重叠测量，从而给出了不准确的重叠测量结果。

在实施例中，提供了一种从量测目标确定图案化过程参数的方法，所述方法包括：从量测目标获得多个衍射辐射值，所述多个衍射辐射值中的每个衍射辐射值与目标的照射辐射的多个照射条件中的不同照射条件相对应；和使用值的组合确定目标的图案化过程参数的相同的值。

在实施例中，提供了一种方法，包括：使用第一图案化过程参数确定技术，从测量辐射照射的量测目标确定图案化过程参数的第一值；使用不同于第一图案化过程参数确定技术的第二图案化过程参数确定技术来得到用于量测目标的图案化过程参数的多个第二值，每个第二值在测量辐射的不同照射条件下被确定；基于第一值和第二值，识别用于量测目标的测量的量测选配方案的测量辐射照射条件。

在实施例中，提供了一种测量方法，包括根据本文所述的量测选配方案来测量衬底上的量测目标。

在实施例中，提供一种用于测量光刻过程的参数的量测设备，所述量测设备能够操作以执行如本文描述的方法。

在实施例中，提供一种包括机器可读指令的非暂时性计算机程序产品，所述机器可读指令用于使得处理器执行如本文描述的方法。

在实施例中，提供一种系统，所述系统包括：检查设备，配置成将辐射束提供到衬底上的两个相邻的周期性结构或测量目标上，并且检测由所述目标衍射的辐射以确定图案化过程的参数；以及如本文描述的非暂时性计算机程序。在实施例中，所述系统还包括光刻设备，所述光刻设备包括：支撑结构，配置成保持用于调制辐射束的图案形成装置；以及投影光学系统，布置成将调制后的辐射束投影到辐射敏感衬底上。

在下文中参考附图详细地描述进一步的特征和优点以及各个实施例的结构和操作。应注意，本发明不限于本文描述的特定实施例。本文仅出于说明性的目的来呈现这些实施例。基于本发明中包含的教导，对于相关领域技术人员而言将明白另外的实施例。

附图说明

现在将参考附图仅通过举例的方式描述实施例，在附图中：

图1描绘了光刻设备的实施例；

图2描绘了光刻单元或簇的实施例；

图3示意性地描绘了示例性的检查设备和量测技术；

图4示意性地描绘了示例性的检查设备；

图5图示了检查设备的照射斑与量测目标之间的关系；

图6示意性地描绘了基于测量数据导出多个感兴趣的变量的过程；

图7A描绘了配置成使用第一对照射孔来测量目标的检查设备(例如，在这种情况下是暗场散射仪)的示意图；

图7B示意性地描绘了用于给定照射方向的目标周期性结构的衍射光谱的细节；

图7C示意性地描绘了在将图7A的检查设备用于基于衍射的重叠测量时提供另外的照射模式的第二对照射孔；

图7D示意性地描绘了将第一对孔与第二对孔组合的第三对照射孔；

图8描绘了衬底上的多重周期性结构目标的形式和测量斑的轮廓；

图9示出了在图7A的检查设备中获得的图8的目标的图像；

图10是示出使用图3的检查设备的重叠测量方法的步骤的流程图；

图11A、图11B和图11C分别示出了在零区域中具有不同重叠值的重叠周期性结构的示意性横截面；

图11D是由于处理效应而在底部周期性结构中具有结构不对称性的重叠周期性结构的示意性横截面；

图11E是具有周期性结构(存在有意的偏置)的重叠目标的示意性俯视图；

图11F描绘了来自诸如图11E中描绘的目标的特定阶辐射的检测的衍射信号的示例；

图11G描绘了来自诸如图11E中描绘的目标的另一特定阶辐射的检测的衍射信号的示例；

图11H是用于描述来自具有两层周期性结构的目标的辐射的衍射的简单模型的示意图；

图12图示了不遭受结构不对称性的理想目标中的重叠测量的原理；

图13图示了非理想目标中的重叠测量的原理，且对如本文实施例中公开的结构不对称性进行校正；

图14是一方法的实施例的流程图；

图15是一方法的实施例的流程图；

图16是说明一过程的流程图，在所述过程中量测目标用于监测性能，并且用作控制量测过程、设计过程和/或生产过程的基础；

图17是针对单个偏振(在这种情况下为线性X偏振)在各种波长下测量的目标的重叠灵敏度的曲线图；

图18是针对单个偏振(在这种情况下为线性Y偏振)在各种波长下测量的目标的重叠灵敏度的曲线图；和

图19是针对没有特征不对称性的重叠光栅的A+对A-的绘图。

具体实施方式

在详细地描述实施例之前，提供一个可以实施实施例的示例性环境是有指导意义的。

图1示意性地示出了一种光刻设备LA。所述设备包括：照射光学系统(照射器)IL，配置成用于调整辐射束B(例如，UV辐射或DUV辐射)；图案形成装置支撑件或支撑结构(例如掩模台)MT，构造成用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与配置用于根据特定的参数准确地定位图案形成装置的第一***PM相连；衬底台(例如晶片台)WT，构造成用于保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据特定的参数准确地定位衬底的第二***PW相连；和投影光学系统(例如折射式投影透镜系统)PS，配置成用于将由图案形成装置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。

照射光学系统可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件、或者它们的任意组合，用以对辐射进行引导、成形或控制。

图案形成装置支撑件以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计、以及诸如图案形成装置是否被保持在真空环境中等其它条件的方式保持图案形成装置。图案形成装置支撑件可以采用机械的、真空的、静电的、或其它夹持技术来保持图案形成装置。图案形成装置支撑件可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述图案形成装置支撑件可以确保图案形成装置(例如相对于投影系统)位于期望的位置上。本文使用的任何术语“掩模版”或“掩模”可以被认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。

本文使用的术语“图案形成装置”应被广义地解释为表示能够用于在辐射束的横截面上赋予辐射束图案、以在衬底的目标部分中形成图案的任何装置。应注意的是，赋予辐射束的图案可能不与衬底的目标部分中的期望的图案精确地对应(例如，如果所述图案包括相移特征或所谓的辅助特征)。通常，被赋予至辐射束的图案将与在目标部分中产生的器件(诸如集成电路)中的特定功能层对应。

图案形成装置可以是透射型的或反射型的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程LCD面板。掩模在光刻术中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，其的每个小反射镜可以单独地倾斜，以便沿不同的方向反射入射的辐射束。已倾斜的反射镜将图案赋予由反射镜矩阵反射的辐射束。

如这里描绘的，所述设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。可替代地，所述设备可以是反射型的(例如，使用上文提及类型的可编程反射镜阵列，或者使用反射式掩模)。

光刻设备还可以是如下类型：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，以便填充投影系统与衬底之间的空间。浸没液体也可以被施加至光刻设备中的其它空间，例如掩模与投影系统之间的空间。本领域中众所周知的是，浸没技术用于增加投影系统的数值孔径。本文使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底之类的结构必须浸没在液体中；而是，“浸没”仅意味着在曝光期间液***于投影系统与衬底之间。

参考图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。所述辐射源和光刻设备可以是分立的实体(例如当辐射源是准分子激光器时)。在这种情况下，所述辐射源并不认为是构成光刻设备的一部分，且辐射束被借助于包括(例如)适合的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD从源SO传递至照射器IL。在其它情况下，辐射源可以是光刻设备的组成部分(例如当辐射源是汞灯时)。可以将所述源SO和照射器IL以及需要时设置的束传递系统BD一起称作辐射系统。

照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以调整照射器的光瞳面中的强度分布的至少外部径向范围和/或内部径向范围(通常分别被称为σ-外部和σ-内部)。此外，照射器IL可以包括各种其它部件，诸如积分器IN和聚光器CO。可以将照射器用于调节辐射束，以便在其横截面中具有期望的均匀性和强度分布。

辐射束B入射至保持在图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT上的图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且通过所述图案形成装置来形成图案。在已穿过图案形成装置(例如，掩模)MA的情况下，辐射束B穿过投影光学系统PS，所述投影光学系统将所述束聚焦到衬底W的目标部分C上，由此将图案的图像投影到目标部分C上。借助于第二***PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器、二维编码器或电容传感器)，可以准确地移动衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后，或在扫描期间，可以将第一***PM和另一位置传感器(图1中未明确描绘出)用于相对于辐射束B的路径准确地定位图案形成装置(例如，掩模)MA。

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来对准图案形成装置(例如，掩模)MA和衬底W。尽管图示的衬底对准标记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(这些公知为划线对准标记)中。类似地，在将多于一个的管芯设置在图案形成装置(例如，掩模)MA上的情形下，图案形成装置对准标记可以位于所述管芯之间。小的对准标识也可以被包括在管芯内、在器件特征之间，在这种情况下，期望所述标识尽可能小且不需要任何与相邻的特征不同的成像或过程条件。下文中进一步描述检测所述对准标识的对准系统。

在所述示例中光刻设备LA是所谓的双平台类型，其具有两个衬底台WTa、WTb和两个站——曝光站和测量站，在曝光站与测量站之间衬底台可以进行交换。当一个衬底台上的一个衬底在曝光站处被进行曝光时，另一衬底可以被加载到测量站处的另一衬底台上，且执行各种预备步骤。预备步骤可以包括使用水平传感器LS来绘制衬底的表面控制的地图和通过使用对准传感器AS测量对准标识在衬底上的位置。这实现设备的生产量显著增加。

描绘的设备可以在各种模式下使用，包括(例如)步进模式或扫描模式。光刻设备的构造和操作对于本领域的技术人员而言是公知的，并且不需要为了理解本发明的实施例而被进一步描述。

如图2所示，光刻设备LA构成光刻系统的部分，其被称作光刻单元LC或光刻元或簇。光刻单元LC还可以包括用于在衬底上进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机SC、用于显影曝光后的抗蚀剂的显影剂DE、激冷板CH和焙烤板BK。衬底处理器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，在不同的过程设备之间移动衬底，并将它们传送到光刻设备的进料台LB。这些装置通常统称为轨道，并且由轨道控制单元TCU控制，所述轨道控制单元TCU本身由管理控制系统SCS控制，所述管理控制系统SCS也经由光刻术控制单元LACU来控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备以最大化生产量和处理效率。

为了设计、监测、控制等包括至少一个图案化步骤(例如，光学光刻步骤)的图案化过程(例如，器件制造过程)，可以检查图案化的衬底并测量图案化的衬底的一个或更多个参数。所述一个或更多个参数可以包括(例如)在图案化的衬底中或其上形成的连续层之间的重叠、(例如)在图案化的衬底中或其上形成的特征的临界尺寸(CD)(例如，临界线宽)、光学光刻步骤的聚焦或聚焦误差、光学光刻步骤的剂量或剂量误差、光学光刻步骤的光学像差等。可以在产品衬底本身的目标上和/或在设置在衬底上的专用量测目标上执行所述测量。存在用于对图案化过程中形成的结构进行测量的各种技术，包括使用扫描电子显微镜、基于图像的测量或检查工具和/或各种专用工具。相对快速且非侵入式的专用量测和/或检查工具是这样一种工具：其中辐射束被引导到衬底表面上的目标上，并且测量散射(衍射/反射)束的属性。通过比较在被衬底散射之前和之后的束的一个或更多个属性，可以确定衬底的一个或更多个属性。这可以称为基于衍射的量测或检查。

图3描绘了示例性的检查设备(例如，散射仪)。它包括将辐射投影到衬底W上的宽带(白光)辐射投影仪2。改变方向的辐射被传递到光谱仪检测器4，所述光谱仪检测器测量镜面反射辐射的光谱10(强度作为波长的函数)，如例如在左下方的曲线图中示出的。根据所述数据，可通过处理单元PU来重构引起检测到的光谱的结构或轮廓，例如通过严格耦合波分析和非线性回归、或与图3底部右侧处所图示的模拟光谱的库的对比来执行所述重构。通常，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设一些变量，从而仅留下结构的几个变量根据测量的数据来确定。这种检查设备可以被配置为垂直入射检查设备或倾斜入射检查设备。

在图4中示出可以使用的另一检查设备。在所述装置中，由辐射源2发射的辐射被使用透镜系统120来准直并通过干涉滤光器130和偏振器170来传输，被部分反射表面160反射，并经由物镜150聚焦成衬底W上的斑S，所述物镜具有期望为至少0.9或至少0.95的高数值孔径(NA)。浸没式检查设备(使用相对高折射率的流体，诸如水)甚至可以具有超过1的数值孔径。

如在光刻设备LA中，可以设置一个或更多个衬底台以在测量操作期间保持衬底W。衬底台在形式上可以与图1的衬底台WT类似或相同。在检查设备与光刻设备集成在一起的示例中，它们甚至可以是同一衬底台。粗***和精***可以被提供给第二***PW，所述第二***被配置成相对于测量光学系统准确地定位所述衬底。提供各种传感器和致动器，例如用以获取感兴趣的目标的位置，且将感兴趣的目标带入至物镜150下方的位置中。典型地，将对横跨所述衬底W的不同部位处的目标进行许多测量。衬底支撑件能够在X和Y方向上移动以获取不同目标，且能够在Z方向上移动以获得相对于所述光学系统的聚焦的所述目标的期望的部位。当(例如)在实践中光学系统可能保持大致静止(典型地在X和Y方向上，但也许还在Z方向上)且只有衬底移动时，把操作考虑和描述成好像将物镜正在被带到相对于衬底的不同部位是简便的。假设衬底和光学系统的相对位置是正确的，原则上无关紧要的是：衬底和光学系统中的哪一个在现实世界中移动，或者两者都在移动，或者光学系统的一部分正在移动(例如，在Z和/或倾斜方向上)且光学系统的其余部分是静止与衬底是移动的(例如，在X和Y方向上，而且可选地可以在Z和/或倾斜方向上)的组合。

然后，被衬底W改变方向的辐射通过部分反射表面160传递到检测器180中，以便检测所述光谱。检测器180可以位于后投影式焦面110中(在透镜系统150的焦距处)，或者所述平面110可以用辅助光学器件(未示出)重新成像到检测器180上。所述检测器可以是二维检测器，从而可以测量衬底目标30的二维角散射光谱。检测器180可以是例如CCD或CMOS传感器的阵列，并且可以使用例如每帧40毫秒的积分时间。

例如，可以使用参考束来测量入射辐射的强度。为此，当辐射束入射在部分反射表面160上时，其一部分作为参考束通过所述部分反射表面160朝向参考反射镜140传输。然后，所述参考束被投影到同一检测器180的不同部分上，或者可替代地被投影到不同的检测器(未示出)上。

一个或更多个干涉滤光器130可用于选择在例如405-790nm或甚至更低(例如200-300nm)的范围内的感兴趣的波长。干涉滤光器可以是可调谐的，而不是包括一组不同的滤光器。可以使用光栅代替干涉滤光器。可以在照射路径中设置孔径光阑或空间光调制器(未示出)，以控制目标上的辐射入射角的范围。

检测器180可以测量单个波长(或窄波长范围)处的被改变方向的辐射的强度、分别在多个波长处或在波长范围上积分的强度。此外，所述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，所述1-D光栅被印制成使得在显影之后，栅条由实体抗蚀剂线形成。目标30可以为2-D光栅，所述2-D光栅被印制成使得在显影之后，所述光栅由实体抗蚀剂柱或抗蚀剂中的通孔形成。栅条、柱或通孔可以被刻蚀至衬底中或衬底上(例如，蚀刻到衬底上的一个或更多个层中)。(例如，栅条、柱或通孔的)图案对图案化过程中的处理的变化(例如，光刻投影设备(特别是投影系统PS)中的光学像差、聚焦变化、剂量变化等)敏感并且将表现在印制的光栅的变化中。因此，印制的光栅的测量的数据用于重构所述光栅。1-D光栅的一个或更多个参数(诸如线宽和形状)或2-D光栅的一个或更多个参数(诸如柱或通孔的宽度或长度或形状)可以根据印制步骤和/或其它检查过程的知识输入到由处理单元PU执行的重构过程。

除了通过重构来进行参数的测量之外，基于衍射的量测或检查可以用于产品和/或抗蚀剂图案的特征不对称性的测量。不对称性测量的特定应用是(例如)重叠的测量，但是也已知其它应用。在这种情况下，目标30典型地包括(叠置在另一组上周期性特征的)一组周期性特征。例如，可以通过比较衍射光谱的来自目标30的相对部分来测量不对称性(例如，比较周期性光栅的衍射光谱中的第-1阶和第+1阶)。例如，在美国专利申请公开出版物US2006-066855中描述了使用图3或图4的仪器的不对称性测量的构思，所述专利申请通过引用而将其全部内容并入本文中。简言之，虽然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了构成所述目标的单独的特征中的不对称性。在图4的仪器中(其中检测器180可以是图像传感器)，衍射阶的这种不对称性看上去直接为由检测器180记录的光瞳图像中的不对称性。可以通过单元PU中的数字图像处理来测量所述不对称性，且相对于已知的重叠值来校准所述不对称性。

图5图示了典型目标30的平面图，以及图4的设备中的照射斑S的范围。为了获得不受周围结构干扰的衍射光谱，在实施例中，目标30是大于照射斑S的宽度(例如，直径)的周期性结构(例如，光栅)。斑S的宽度可以小于目标的宽度和长度。换句话说，所述目标被照射“未填充满”，并且衍射信号基本上不受来自目标本身之外的产品特征等的任何信号的影响。照射布置2、120、130、170可以被配置成提供横跨物镜150的后焦面的均匀强度的照射。可替代地，通过例如包括照射路径中的孔，照射可以被限制在轴上方向或离轴方向上。

图6示意性地描绘了基于使用量测获得的测量数据确定目标图案30′的一个或更多个感兴趣的变量的值的示例过程。由检测器180检测的辐射为目标30′提供了测量的辐射分布108。

对于给定的目标30′，可以使用例如数值麦克斯韦尔求解器210从参数化模型206计算/模拟辐射分布208。参数化模型206示出了构成所述目标且与所述目标相关联的各种材料的示例性层。参数化模型206可以包括针对被考虑的目标的部分的特征和层的一个或更多个变量，这些变量可以被改变和被导出。如图6示出的，所述一个或更多个变量可以包括一个或更多个层的厚度t、一个或更多个特征的宽度w(例如，CD)、一个或更多个特征的高度h、和/或一个或更多个特征的侧壁角α。尽管未示出，但是所述一个或更多个变量还可以包括但不限于一个或更多个层的折射率(例如，实数或复数折射率、折射率张量等)、一个或更多个层的消光系数、一个或更多个层的吸光率、显影期间的抗蚀剂损失、一个或更多个特征的地位关系(footing)、和/或一个或更多个特征的线边缘粗糙度。这些变量的初始值可以是正在被测量的目标被预期的初始值。然后，在212处将测量的辐射分布108与计算的辐射分布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的一个或更多个变量的值，新的计算的辐射分布208与测量的辐射分布108进行计算和比较，直到测量的辐射分布108与计算的辐射分布208之间存在足够的匹配度。此时，参数化模型206的变量的值提供了实际目标30′的几何形状的良好或最佳匹配度。在实施例中，当测量的辐射分布108与计算的辐射分布208之间的差异在容许度阈值内时，则存在足够的匹配度。

图7A示出了适合用于实施例中的另外的检查设备。在图7B中更详细地说明了用于照射目标的测量辐射的目标T和衍射射线。图示的检查设备是被称为暗场量测设备的类型的检查设备。所述检查设备可以是独立的装置，也可以被包括在光刻设备LA中，例如位于测量站处或光刻单元LC处。用虚线O表示具有贯穿所述设备的几个支路的光轴。在所述设备中，由源11(例如氙灯)发射的辐射经由光学元件15而被包括透镜12、14和物镜16的光学系统引导到衬底W上。这些透镜被布置成双次序的4F布置。假设它例如将衬底图像提供到检测器上并且同时允许进入用于空间频率滤波的中间光瞳面，可以使用不同的透镜布置。因此，可以通过在提供衬底平面的空间光谱的平面中限定空间强度分布来选择辐射入射到衬底上的角度范围，此处所述平面称为(共轭)光瞳面。特别地，可以通过在为物镜光瞳面的后投影图像的平面中，在透镜12与14之间***合适形式的孔板13来进行这种选择。在图示的示例中，孔板13具有被标记为13N和13S的不同形式，以允许选择不同的照射模式。本示例中的照射系统形成了离轴照射模式。在第一照射模式中，仅为了便于描述起见，孔板13N提供从指定为“北”的方向的离轴辐射。在第二照射模式中，孔板13S用于提供类似的照射，但是来自标注为“南”的相反方向的照射。通过使用不同孔，其它照射模式是可能的。光瞳面的其余部分期望是暗的，这是因为在期望的照射模式外的任何不必要的辐射将干扰期望的测量信号。

如图7B所示，目标T被放置成衬底W垂直于物镜16的光轴O。衬底W可以由支撑件(未示出)支撑。测量辐射的射线I从偏离轴线O的角度射到目标T上产生第零阶射线(实线0)和两个第一阶射线(点划线表示+1阶，并且双点划线表示-1阶)。应记住，对于过填充的小目标而言，这些射线只是覆盖包括量测目标T和其它特征的衬底区域的许多平行射线之一。由于板13中的孔具有有限的宽度(对于允许有用数量的辐射而言是必需的)，因而入射射线I实际上会占据一角度范围，并且衍射射线0和+1/-1将会稍微展开。根据小目标的点扩散函数，每一阶+1和-1都将进一步在一个角度范围上展开，而不是如图示的单条理想的射线。注意，目标的周期性结构节距和照射角度可以被设计或调整成使得进入物镜的第一阶射线与中心光轴紧密对准。图7A和7B图示的射线被示出为略微离轴，这纯粹是为了使它们能够在图中更容易区分开。

由衬底W上的目标T衍射的至少0阶和第+1阶被物镜16收集，并且被引导返回通过光学元件15。返回到图7A，第一照射模式和第二照射模式两者都通过指定被标注为北(N)和南(S)的在直径方向上相反的孔来说明。当测量辐射的入射射线I来自光轴的北侧时，也就是当使用孔板13N施加第一照射模式时，标记为+1(N)的+1阶衍射射线进入物镜16。相反地，当使用孔板13S施加第二照射模式时，(标记为-1(S)的)-1阶衍射射线是进入透镜16的射线。

分束器17将衍射束分成两条测量支路。在第一测量支路中，光学系统18利用第零阶衍射束和第一阶衍射束在第一传感器19(例如CCD或CMOS传感器)上形成目标的衍射光谱(光瞳面图像)。每个衍射阶撞击传感器上的不同点，以便图像处理可以比较和对比多个阶。由传感器19捕获的光瞳面图像可以用于聚焦检查设备和/或归一化第一阶束的强度测量值。光瞳面图像也可以用于许多测量目的，诸如重构。

在第二测量支路中，光学系统20、22在传感器23(例如CCD或CMOS传感器)上形成目标T的图像。在第二测量支路中，孔径光阑21设置在与光瞳面共轭的平面中。孔径光阑21起到阻挡第零阶衍射束的作用，使得在传感器23上形成的目标的图像仅由第-1阶或第+1阶束形成。由传感器19和23捕获的图像被输出到处理图像的处理器PU，所述处理器的功能将依赖于正在执行的测量的特定类型。注意，这里在广义上使用术语“图像”。如果仅存在第-1阶和第+1阶中的一个，则同理不会形成周期性结构特征的图像。

图7A、图7C和图7D图示的孔板13和场光阑21的特定形式纯粹为示例。在一实施例中，使用目标的同轴照射，并且使用具有离轴孔的孔径光阑以将大致仅一个第一阶衍射辐射传递到传感器。在另外的其它实施例中，不是第一阶束或者除了第一阶束之外，在测量中可以使用第二阶、第三阶和更高阶束(图7A、图7B、图7C或图7D中未示出)。

为了使测量辐射能够适应于这些不同类型的测量，孔板13可以包括围绕盘形成的多个孔图案，所述盘旋转以将期望的图案带到合适的位置。注意，孔板13N或13S只能用于测量在一个方向(X方向或Y方向，这取决于设定)上定向的周期性结构。为了测量正交周期性结构，可以实施穿过90°和270°的目标旋转。图7C和7D示出了不同的孔板。在上文中提到的专利申请公开中描述了这些设备的使用以及所述设备的许多其它变型和应用。

图8描绘了根据已知的实践形成在衬底上的(复合)目标。所述示例中的目标包括四个周期性结构(例如光栅)32至35，它们定位成紧密地在一起，使得它们全部位于由检查设备的量测辐射照射束形成的测量斑31内。四个周期性结构因此都被同时地照射并被同时地成像在传感器19和传感器23上。在专用于测量重叠的示例中，周期性结构32至35本身是通过覆盖周期性结构而形成的复合周期性结构，所述周期性结构例如在衬底W上形成的半导体器件的不同层中被图案化。周期性结构32到35可以具有不同地偏置的重叠偏移，以便于测量层之间的重叠，在所述层中形成复合周期性结构的不同部分。下面将参考图8来解释重叠偏置的含义。如图所示，周期性结构32至35在它们的方向上也可以不同，以便在X方向和Y方向上衍射入射的辐射。在一个示例中，周期性结构32和34是分别具有+d、-d的偏置偏移的X方向周期性结构。周期性结构33和35是分别具有+d和-d的偏置偏移的Y方向周期性结构。这些周期性结构的单独的图像可以在由传感器23捕获的图像中被识别。这仅是目标的一个示例。目标可以包括多于或少于4个周期性结构，或者仅包括单个周期性结构。

图9示出了在图7的设备中使用图8的目标且使用来自图7D的孔板13NW或13SE的情况下可以在传感器23上形成并且由传感器23检测的图像的示例。虽然光瞳面图像传感器19不能解析或分辨不同的单独的周期性结构32至35，但图像传感器23可以这样做。暗的矩形表示传感器上的图像的场，衬底上的照射斑31在所述场内被成像到对应的圆形区域41内。在所述区域内，矩形区域42至45表示小的目标周期性结构32至35的图像。如果目标位于产品区域中，则产品特征也可能在所述图像场的周边是可见的。图像处理器和控制器PU使用图案识别来处理这些图像，以识别周期性结构32至35的分离的图像42至45。这样，图像不必非常精确地在传感器框架内的特定位置或部位处被对准，这极大地改善了整个测量设备的生产量。

一旦周期性结构的各个图像已经被识别，那些单独的图像的强度就可以被测量，例如通过对识别的区域内的选定的像素强度值求平均值或者求和。图像的强度和/或其它属性可以相互比较。这些结果可以被组合以测量图案化过程的不同参数。重叠性能是这种参数的重要示例。

图10说明了如何使用例如在PCT专利申请公开出版物WO 2011/012624(所述出版物通过引用而将其全部内容并入本文)中描述的方法来测量包含分量周期性结构32至35的两个层之间的重叠误差(即，不期望的和无意的重叠未对准)。通过识别目标不对称性(如通过比较目标周期性结构的常态和互补的衍射阶图像中的强度所揭露的那样)以获得强度不对称性的量度，来完成所述测量。在实施例中，常态衍射阶为第+1阶辐射，互补衍射阶为第-1阶辐射。虽然本文的讨论集中于常态衍射阶(如第+1阶辐射)和互补衍射阶(如第-1阶辐射)，但是可以比较其它对应的较高阶(例如第+2和第-2阶)的强度。

在步骤S1处，衬底(例如半导体晶片)被通过光刻设备(例如图2的光刻单元)处理一次或更多次，以产生包括周期性结构32至35的目标。在S2处，使用图7的检查设备，仅使用第一阶衍射束之一(例如+1阶)来获得周期性结构32至35的图像。在步骤S3处，无论是通过改变照射模式还是改变成像模式，或者通过在检查设备的视场中将衬底W旋转180°，都可以使用另一第一阶衍射束(-1阶)获得周期性结构的第二图像。因此，在第二图像中捕获了-1阶衍射辐射。

注意，通过在每个图像中仅包括第一阶衍射辐射的一半，这里所说的“图像”不是常规的暗场显微镜图像。目标周期性结构的单个目标特征将不被分辨出来。每个目标周期性结构将仅由一定强度水平的区域表示。在步骤S4中，在每个分量目标周期性结构的图像内识别感兴趣的区域(ROI)，将从所述感兴趣的区域测量强度水平。

已经识别出每个单独目标周期性结构的ROI并且测量其强度，随后可以确定目标的不对称性，并且因此确定重叠误差。这是在步骤S5中(例如由处理器PU)通过比较获得的用于每个目标周期性结构32至35的常态阶和互补阶辐射的强度值以识别它们的强度不对称性(例如它们强度的任何差异)来完成的。术语“差异”并不意味着仅指减法。差异可以按比例形式来计算。在步骤S6中，使用针对多个目标周期性结构的测量的强度不对称性以及这些目标周期性结构的任何已知的强加的重叠偏置的知识来计算在目标T附近的图案化过程的一个或更多个性能参数。

图11A-11D示出了具有不同偏置偏移的目标周期性结构(重叠周期性结构)的示意性横截面。这些可以用作衬底W上的目标T，如图7-9所见。仅出于示例的目的，示出了在X方向上具有周期性的周期性结构。可以分别提供或作为目标的一部分提供具有不同偏置和不同方向的这些周期性结构的不同组合。

从图11A开始，示出了形成在标记为L1和L2的至少两个层中的目标600。在下层或底层L1中，第一周期性结构(下部或底部周期性结构)，例如光栅，由衬底606上的特征602和间隔604形成。在层L2中，第二周期性结构，例如光栅，由特征608和间隔610形成。(绘制横截面使得特征602、608(例如，线)延伸到页面中。)周期性结构图案在两个层中以节距P重复。特征602和608可以采用线、点、块和过孔的形式。在图11A所示的情形下，没有由于未对准而引起的重叠贡献(例如，没有重叠误差和没有施加的偏置)，使得第二结构的每个特征608恰好位于第一结构中的特征602上方。

在图11B处，示出了与第一已知的施加的偏置+d的同一目标，使得第一结构的特征608相对于第二结构的特征向右偏移距离d。偏置距离d在实践中可以是几纳米，例如10nm-20nm，而节距P例如在300-1000nm的范围内，例如500nm或600nm。在图11C处，描绘了具有第二已知的施加的偏置-d的另一特征，使得特征608向左偏移。每个结构的d值不必相同。在上面提到的在先专利申请公开出版物中描述了图11A至11C图示的这种类型的偏置的周期性结构。

图11E从顶部示意性地描绘了示例性目标600，所述示例性目标600具有包括周期性结构(诸如图11A-C中描绘的上层和下层中的周期性结构)的子目标612、614、616和618。在图11E中未示出下层。在实施例中，子目标612、614、616和618被设计成测量在两个垂直方向(例如X和Y)上的重叠，并具有施加的偏置d，以便于实现(如上文关于图11B和11C描述的)。尽管图11E的实施例示出四个子目标，但是可以有不同的数量，并且它们都可以用于测量1个方向上的重叠或测量两个以上方向上的重叠。

在实施例中，子目标612和614被设计成一起测量在X方向上的重叠。在实施例中，子目标612的偏置为+d，而子目标614的偏置为-d。在实施例中，子目标616和618设计成一起测量在Y方向上的重叠。在实施例中，子目标616的偏置为+d，而子目标618的偏置为-d。

图11F描绘了来自诸如图11E中描绘的目标600的步骤S2的常态(例如第+1)阶辐射的检测的衍射信号的示例。图11G描绘了来自诸如图11E中描绘的目标600的步骤S3的互补(例如第-1)阶辐射的检测的衍射信号的示例。对于每个周期性结构方向(X和Y)，都存在具有相反方向的有意的偏置(如图11F和11G中由“+”(对于+d偏置)和“-”(对于-d偏置)图示的)的两个周期性结构。因此，X+表示来自子目标612的检测的衍射信号，X-表示来自子目标614的检测的衍射信号，Y+表示来自子目标618的检测的衍射信号，Y-表示来自子目标616的检测的衍射信号。因此，在每个周期性结构的周期性方向上检测四个衍射强度信号。

图11H是用于描述来自具有两层周期性结构(诸如图11A-11C示出)的目标(诸如子目标612、614、616或618)的辐射的衍射的简单模型的示意图。示出了来自上层和下层的衍射辐射的复振幅。来自下层的衍射辐射包括来自重叠的相位贡献。

在图12中，曲线702图示了对于形成目标的单个周期性结构内(特别是在第一结构的单个周期性结构内)具有零偏移且没有结构不对称性的“理想”目标，重叠OV与强度不对称性A之间的关系。因此，所述理想目标的目标不对称性仅包括由于第一结构和第二结构由已知的施加的偏置和重叠误差OV_E引起的未对准导致的重叠贡献。所述曲线图和图13的曲线图仅示出了本公开依据的原理，并且在每个曲线图中，强度不对称性A和重叠OV的单位是任意的。实际尺寸的示例将在下面进一步给出。

在图12的“理想”情形下，曲线702指示强度不对称性A具有与重叠的非线性周期性关系(例如，正弦关系)。正弦变化的周期P对应于周期性结构的周期或节距P，其当然转换为适当的比例。在所述示例中正弦形式是纯粹的，但在真实情况下可以包括谐波。

如上所述，偏置的周期性结构(具有已知的施加的重叠偏置)可以用于测量重叠，而不是依赖于单个测量。所述偏置具有图案形成装置(例如掩模版)(该偏置由该图案形成装置制成)中限定的已知值，其用作对应于测量的强度不对称性的重叠的衬底上校准。在图中，以图形方式图示计算。在步骤S1-S5中，针对分别施加偏置+d和-d的周期性结构获得强度不对称性测量结果A_+d和A_-d(例如，如图11B和图11C所示)。将这些测量结果拟合至正弦曲线给出了点704和706，如图所示。知道了所述偏置后，就可以计算真实的重叠误差OV_E。根据目标的设计中知道正弦曲线的节距P。曲线702的垂直比例开始时不知道，而是可以称为第1阶谐波比例常数K的未知因子。因此，重叠灵敏度K是强度不对称性测量结果对重叠的灵敏度的量度。在实施例中，它是测量的强度相对于重叠的比例。因此，它有助于检测重叠的过程依赖性。

就方程而言，假设重叠误差OV_E与强度不对称性A之间的关系为：

A_±d＝K sin(OV_E±d) (1)

其中，以使得目标节距P与角度2π弧度相对应的比例表示重叠误差OV_E。在使用具有不同已知偏置(例如+d和-d)的周期性结构的两个测量结果的情况下，可以使用以下等式来计算重叠误差OV_E：

返回参考图11H，也可以如下那样评估重叠OV(也称为重叠误差OV_E)。具体地，基于图11H中表示的模型，可以如下那样计算衍射辐射的第+1和第-1阶的强度：

其中是由于重叠和偏置引起的相位差，是来自上层与下层的衍射辐射之间的剩余相位差，它与上层和下层干涉结构之间的层的厚度T成比例并与入射辐射的波长成反比。

为了方便起见，可以将一个周期性结构方向(例如X)的四个强度指定为如下：

-PBN(来自正偏置周期性结构的第+1衍射阶)

-PBC(来自正偏置周期性结构的第-1衍射阶)

-NBN(来自负偏置周期性结构的第+1衍射阶)

-NBC(来自负偏置周期性结构的第-1衍射阶)

因此，ΔI_PB可以被指定为PBN-PBC，而ΔI_NB可以被指定为NBN-NBC。然后，假设来自第+1和第-1阶辐射以及来自正偏置和负偏置周期性结构的衍射波的振幅和相位(不包括重叠相位)均相等，并且量测装置的光学器件本身是对称的，则第+1和第-1阶辐射的强度之差被导出为ΔI＝K.sin(Φ_OV)，并且K为等于K＝4 A.B.sin(β)的重叠比例。因此，重叠可以被如下那样计算：

现在，图11D示意性地示出了结构不对称性的现象，在这种情况下，第一结构中的结构不对称(下部或底部结构不对称)。图11A至11C中的周期性结构中的特征被示出为完全正方形的，此时真实特征在侧面上具有一些坡度和一定的粗糙度。然而，它们旨在轮廓至少是对称的。第一结构中的图11D中的特征602和/或间隔604根本不再具有对称形式，而是由于一个或更多个处理步骤而变得失真。因此，例如，每个间隔的底表面已经倾斜(底壁倾斜)。例如，特征和间隔的侧壁角度变得不对称。由此，目标的总体目标不对称性将包括独立于结构不对称性的重叠贡献(即，由于第一结构和第二结构的未对准导致的重叠贡献；其本身包括重叠误差和任何已知的施加的偏置)以及由于目标中的这种结构不对称性而导致的结构贡献。

当使用仅两个偏置的周期性结构通过图10的方法测量重叠时，过程引起的结构不对称性不能与由于未对准导致的重叠贡献区分开，并且重叠测量(特别是测量不期望的重叠误差)结果变得不可靠。目标的第一结构(底部周期性结构)中的结构不对称性是结构不对称性的常见形式。例如，它可以源自第一结构最初形成之后执行的衬底处理步骤，例如化学机械抛光(CMP)。

图13示出了引入结构不对称性的第一效果，例如图11D说明的底部周期性结构不对称性。“理想”正弦曲线702不再适用。然而，至少近似地，底部周期性结构不对称性或其它结构不对称性具有在强度不对称性A_±d上增加强度偏移项K₀和相位偏移项φ的效果。得到的曲线在图中显示为712，其中，标注K₀表示强度偏移项，并且标注φ表示相位偏移项。强度偏移项K₀和相位偏移项φ依赖于目标与测量辐射的选定特性的组合，例如测量辐射的波长和/或偏振，并且对过程变化是敏感的。就方程而言，在步骤S6中用于计算的关系变为：

A_±d＝K₀+K sin(OV_E±d+φ) (5)

在存在结构不对称性的情况下，由方程(2)描述的重叠模型将提供受到强度偏移项K₀和相位偏移项φ影响的重叠误差值，并且最终将是不准确的。因为强度和相移是依赖于(例如)波长和/或偏振的，所以当映射重叠误差时，结构不对称性也将导致使用不同的一个或更多个测量参数(例如，测量束的波长、测量束的偏振等)在测量同一目标时的差异。

修改的步骤S6的重叠计算依赖于某些假设。首先，假设强度不对称性表现为重叠的正弦函数，其中，周期P对应于光栅节距。这些假设对目前的重叠范围有效。谐波的数量可以被设计得较小，这是因为小节距-波长比率仅允许来自光栅的小数量的传播衍射阶。然而，实际上，归因于未对准而对强度不对称性的重叠贡献可能不一定是真正正弦型的，并且可能不一定关于OV＝0完全对称。

因此，结构不对称性的影响通常可以表示为：

ΔI₊＝K(OV+d)+ΔI_BG (6)

ΔI_{_}＝K(OV-d)+ΔI_BG (7)

其中ΔI_-(也与A_-同义)和ΔI₊(也与A₊同义)表示测量的强度不对称性，而ΔI_BG是对结构不对称性的强度不对称性的贡献。并且因此，重叠误差ΔOV可以被视为ΔI_BG/K的函数。

现在，另外已经发现，除了目标中的结构不对称性之外或者作为目标中的结构不对称性的替代，目标的相邻周期性结构之间的叠层差异或者相邻目标之间的叠层差异也可能是不利地影响测量(诸如重叠测量)的准确度的因素。叠层差异可以被理解为相邻周期性结构或目标之间的物理配置的非设计的差异。叠层差异导致相邻周期性结构或目标之间的测量辐射的光学属性(例如，强度、偏振等)的差异，这是由于除了重叠误差、除了有意的偏置以及除了对于相邻周期性结构或目标常见的结构不对称性之外的因素。叠层差异包括但不限于相邻周期性结构或相邻目标之间的厚度差异(例如，一个或更多个层的厚度差异，使得一个周期性结构或目标高于或低于被设计成处于大致相等的水平的另一周期性结构或目标)，相邻的周期性结构或目标之间的折射率差(例如，一个或更多个层的折射率的差，使得一个周期性结构或目标的一个或更多个层的组合的折射率不同于即使被设计成具有基本相等的组合的折射率的另一周期性结构或目标的一个或更多个层的组合折射率)，相邻周期性结构或目标之间的材料差异(例如，在一个或更多个层的材料类型、材料均匀性等方面的差异，使得一个周期性结构或目标的材料与被设计成具有基本相同材料的另一周期性结构或目标不同)，相邻的周期性结构或目标的结构的光栅周期的差异(例如，一个周期性结构或目标的光栅周期与被设计成具有基本相同的光栅周期的另一周期性结构或目标的差异)，相邻的周期性结构或目标的结构的深度的差异(例如，由于一个周期性结构或目标的结构的深度中的蚀刻而与被设计成具有大致相同深度的另一周期性结构或目标的结构的深度的蚀刻而导致的差异)，相邻的周期性结构或目标的特征的宽度(CD)的差异(例如，一个周期性结构或目标的特征的宽度与被设计成具有基本相同宽度的特征的另一周期性结构或目标的宽度的差异)等。在一些实施例中，叠层差异是由处理步骤(诸如CMP、层沉积、蚀刻等)引入的。在实施例中，如果周期性结构或目标彼此在200μm以内、彼此在150μm以内、彼此在100μm以内、彼此在75μm以内、彼此在50μm以内、彼此在40μm以内、彼此在30μm以内、彼此在20μm以内或彼此在10μm以内，则它们是相邻的。

叠层差异(可以称为光栅之间的光栅不平衡度)的影响通常可以表示为：

ΔI₊＝(K+ΔK)(OV+d) (8)

ΔI_{_}＝(K-ΔK)(OV-d) (9)

其中ΔK表示可归因于叠层差异的重叠灵敏度的差异。并且因此，重叠误差ΔOV可以与成比例。

因此，为了表征叠层差异，可以定义一个或更多个叠层差异参数。如上文提出的，叠层差异参数是相邻周期性结构或目标的非设计的不同的物理配置的量度。在一实施例中，可以根据评估相邻周期性结构或目标的横截面来确定叠层差异参数。

在实施例中，可以针对复合光栅的下部相邻光栅，通过在施加上部光栅之前评估下部相邻光栅来确定叠层差异参数。在实施例中，可以从根据相邻周期性结构或目标的光学测量结果或者根据相邻周期性结构或目标的横截面对相邻周期性结构或目标的重建来导出叠层差异参数。即，重构物理尺寸、特性、材料属性等，并且确定相邻的周期性结构或目标之间的差异，以得到叠层差异参数。

叠层差异参数的实施例是周期性结构强度不平衡度(GI)，它可以被定义为：

其中是由具有+d偏置的第一周期性结构衍射的第+1衍射阶强度信号和由具有+d偏置的第一周期性结构衍射的第-1衍射阶强度信号的平均值。类似地，是由具有-d偏置的第二周期性结构衍射的第+1衍射阶强度信号和由具有-d偏置的第二周期性结构衍射的第-1衍射阶强度信号的平均值。在实施例中，周期性结构强度不平衡度(GI)可以是导出的形式，诸如等。

上文描述的重叠计算方法的问题是，为其推导而进行的假设经常可能无法保持有效。例如，常态与互补辐射之间的光学路径属性和/或辐射源可能是不完全对称的；可以将其与实际的衍射强度混合。另外地或可替代地，量测目标在结构上是不对称的。如上文提出的，这典型地是由于图案化过程中的处理步骤而发生的。例如，由于目标的下周期性结构的结构不对称性(BGA)和/或由于正偏置与负偏置周期性结构之间的叠层差异(其可以被表征为周期性结构强度不平衡度(GI))，因此在常态强度与互补强度之间可能会发生不对称行为。

为了帮助求解由这种不对称性引起的一个或更多个误差，可以使用校准来(例如)在某种程度上处理光学路径属性和/或辐射源中的不对称性。并且，对于目标中的物理差异(例如，下周期性结构的结构不对称性(BGA)和/或叠层差异)，可以使用一个或更多个指标(诸如针对叠层差异的周期性结构强度不平衡度(GI))来识别(例如)问题几率较小的波长。例如，可以基于间接指标来选择“最佳”波长，所述间接指标会尝试预测波长光谱的良好区域。尽管考虑到有时指标不一致，但是这种“最佳”波长的识别是一项具有挑战性的任务。此外，即使在“最优”选定的波长下，重叠的准确度也不一定总是被认为最优的。

因此，期望能够使用新的重叠确定技术来解决和/或校正这些误差。这样的重叠确定技术可以用于各种应用中。第一示例性应用是在大批量或生产期间中导出期望的重叠值，例如，导出重叠值作为执行图案化过程的一部分，以在例如图案化过程的控制、设计等中使用。另一示例性应用是导出重叠值，以在量测过程的设计、控制等中使用，(例如)从而选择用于测量的量测过程的条件(诸如辐射波长)(并且所述量测过程可以使用不同的重叠计算技术，诸如相对于方程(1)-(4)的另一重叠计算技术)。

在新的重叠确定技术的实施例中，使用了数学模型，所述数学模型考虑了辐射中除了由重叠误差引起的不对称性之外的几种不对称性，并且设计所述数学模型以测量准确的重叠(例如，对目标不对称性和/或传感器不对称性具有鲁棒性的重叠)。在实施例中，模型涉及基于多个不同波长的方程。在实施例中，16个方程的方程组设置有4个不同的波长作为其变量。因此，在所述实施例中，为了导出重叠值，针对4个不同的波长获得测量结果，并且求解16个方程的方程组，其中，这些方程具有例如16个未知量。

下文呈现了一组方程的示例，这些方程基于4个不同的波长，并针对诸如图11E中描绘的目标。特别地，它针对特定的重叠方向(例如，X或Y方向)以及与所述重叠方向相关联的子目标。例如，它可以针对用于测量X方向上的重叠的子目标612和614的组合，其中子目标612的偏置为+d，而子目标614的偏置为-d。或者，它可以针对用于测量Y方向上的重叠的子目标616和618的组合，其中子目标616的偏置为+d，而子目标618的偏置为-d。方程组包括：

其中F₁，...，F₁₆是用于优化的函数(例如，使它们的绝对值最小化)，OV是重叠，λ₁...λ₄是用来照射用于测量的目标的照射测量辐射的不同波长，A是来自子目标的上周期性结构的衍射波的振幅，B₁...B₄是来自子目标的下周期性结构的衍射波的振幅(在这种情况下有4个变量B，每个变量B分别与子目标和衍射阶的每种组合相关联，并且可以以下文进一步描述的某些方式而彼此不同(例如，独立)(例如，具有不同的值))，β₁...β₄是入射在下周期性结构上的辐射与入射在上周期性结构上的辐射之间产生的相位差(在所述示例中，有4个变量β，每个变量β与子目标和衍射阶的每种组合相关联，并且可以以下文进一步描述的某些方式而彼此不同(例如，具有不同的值)，P是目标的节距，d是目标的偏置，α₁和α₂是考虑传感器不对称性误差的因子(在所述示例中，有2个变量α，每个变量α与每个衍射阶相关联，并且可以以下文进一步描述的某些方式而彼此不同(例如，具有不同的值)，γ₁...γ₄是考虑不同波长下的测量之中的照射测量辐射强度的变化的因子(具体地，强度可以在不同波长下测量时改变，因为它们典型地会在不同的时间进行和/或强度可以改变以获得不同的波长，并且在数量上与波长数量相等，并且I_PBN、I_PBC、I_NBN、和I_NBC是使用分别识别的波长为λ₁...λ₄的辐射测量的提取的平均强度，并且分别与来自正偏置周期性结构(例如，子目标612)的第+1衍射阶辐射(PBN)、来自正偏置周期性结构(例如，子目标612)的第-1衍射阶(PBC)、来自负偏置周期性结构(例如，子目标614)的第+1衍射阶(NBN)和来自负偏置周期性结构(例如，子目标614)的第-1衍射阶(NBC)相对应。

虽然在所述示例中，使用了4个不同的波长，但可以使用不同数量的波长。例如，只要做出各种假设，就可以使用2个波长。作为另一示例，可以使用4个以上的波长。从4个以上(或2个以上)的波长中添加信息可以用于提高模型对变化的鲁棒性。另外地或可替代地，可以使用4个以上的波长来确定额外的未知参数，诸如斑不均匀性(具体地，来自传感器的不对称性，其在正偏置强度与负偏置强度之间不同)。

在实施例中，可以在方程组中考虑不同的误差源。例如，在实施例中，在正(例如第+1)阶与负(例如第-1)阶辐射之间的传感器不对称性、目标的结构不对称性和/或目标内的叠层差异。

在实施例中，通过具有不同的变量α₁和α₂来考虑正(例如，第+1)阶和负(例如，第-1)阶辐射之间的传感器不对称性。在实施例中，α₁对应于正(例如第+1)阶辐射，α₂对应于负(例如第-1)阶辐射。典型地，在评估方程以确定重叠时，α₁和α₂将具有不同的值。

在实施例中，目标的结构不对称性是通过具有某些不同的振幅B变量和某些不同的β变量而被考虑的。特别地，在实施例中，测量的辐射的某一(例如第+1)衍射阶的正值的辐射振幅变量(例如B₁和/或B₃)与测量的辐射的某一(例如第-1)衍射阶的负值的辐射振幅变量(例如，B₂和/或B₄，分别对于B₁和/或B₃)不同，并且至少测量的辐射的某一衍射阶的正值的辐射相位变量(例如，β₁和/或β₃)与测量的辐射的某一衍射阶的负值的辐射相位变量(例如，β₂和/或β₄，分别对于β₁和/或β₃)不同。在实施例中，B₁、B₃、β₁和/或β₃对应于第+1阶辐射，并且B₂、B₄、β₂和/或β₄对应于第-1阶辐射。由于典型地存在一些目标不对称性，因此在评估方程以确定重叠时，B₁和B₂、B₃和B₄、β₁和β₂、以及β₃和β₄将具有不同的值。

在实施例中，目标内的叠层差异是通过具有某些不同的振幅B变量和某些不同的β变量而被考虑的。特别地，在实施例中，具有正偏置(例如+d)的目标的子目标的辐射的振幅变量(例如B₁和/或B₂)与具有负偏置(例如-d)的目标的子目标的辐射的振幅变量(例如B₃和/或B₄，分别对于B₁和/或B₂)不同，并且至少具有正偏置(例如+d)的目标的子目标的辐射相位变量(例如，β₁和/或β₂)与具有负偏置(例如-d)的目标的子目标的辐射的相位变量(例如，β₃和/或β₄，分别对于β₁和/或β₂)不同。在实施例中，B₁、B₂、β₁和/或β₂对应于具有正偏置的目标的子目标，而B₃、B₄、β₃和β₄对应于具有负偏置的目标的子目标。由于典型地存在一些叠层差异，因此在评估方程以确定重叠时，B₁和B₃、B₂和B₄、β₁和β₃、以及β₂和β₄将具有不同的值。

在另外的实施例中，可以形成方程组(9)-(24)，使得对应于振幅(诸如，A、B)的变量依赖于照射条件(例如波长)，并且对应于校正参数(例如α₁和α₂)的变量不一定依赖于照射条件(例如波长)。方程组(9)-(24)可以包括添加到方程(9)-(24)的每个右手项的额外的偏移常数。

因此，为了评估方程(9)-(24)，对于四个不同的波长，目标的平均强度如上文中关于图10描述的那样(例如，通过图案识别方法)提取。特别地，对于λ₁...λ₄中的每个都获得了I_PBN、I_PBC、I_NBN和I_NBC，从而产生16个强度值。另外，方程中已知节距P、偏置d和波长值λ₁...λ₄。因此，存在16个未知量-重叠OV、振幅A、振幅B₁...B₄、相位差β₁...β₄、传感器不对称性误差因子α₁和α₂、以及照射测量辐射强度因子γ₁...γ₄。然后，使用求解非线性方程的技术求解方程(9)-(24)，以得到至少重叠OV的值。

因此，在实施例中，为了获得模型的参数(并导出重叠OV的值)，可以使用一种或更多种已知的非线性方程求解技术来用公式表示和求解方程的优化问题。可以使用一种或更多种各种算法来求解优化问题，诸如内点算法和信赖域反射算法(trust-regionreflective algorithm)。此外，对目标函数的梯度进行解析计算并为优化算法提供计算的梯度，可以显著提高结果的收敛速度和准确度。

现在讨论一种求解方程的技术的特定的非限制性示例。为了更清楚地说明最终的优化问题，定义了几个辅助变量，即：

F_i′＝α_iγ_i·F_i i∈{1，2，3，4}，F_i′＝α₂·γ_i-4·F_i i∈{5，6，7，8}

F_i′＝α_l·γ_i-5·F′_i i∈{9，10，11，12}，F_i′＝α₂·γ_i-12·F_i i∈{13，14，15，16}

因此，优化问题可以写成以下目标函数：

使得满足：lb≤x≤ub

其中

x＝{A，B₁，B₂，B₃，B₄，β₁，β₂，β₃，β₄，γ₁，γ₂，γ₃，γ₄，α₁，α₂，OV}

并且lb和ub分别是变量的上边界和下边界，定义lb和ub以收紧优化算法的搜索空间。所述边界是基于变量的物理解释预先确定的，例如A，B_i表示衍射波的振幅，β_i表示两层之间的衍射波的相位差。

为了有效地求解所述非线性约束优化问题，在实施例中，将非线性优化算法与一些数学技术相结合，以避免仅达到局部最优并提高收敛速度。以下提供了所述算法以及求解所述问题采取的步骤的概述：

1.基于参数的值的物理知识定义了边界lb，ub。

2.用代替目标函数中的x_i。因此，得到的优化问题(基于新变量x′_i)是无限制的。

3.计算F′的雅可比行列式：

4.当n＜N时：

4.1从Uniform(0，π)绘制初始点x′(0)。

4.2对于k≥0

使用修正的Levenberg-Marquardt迭代算法计算x′(k+1)：

计算目标函数的梯度：并且当梯度矢量的最大绝对值非常接近于零时将其取为终止条件。否则，将x值的相对变化或目标函数取为终止条件。

4.3存储对应于循环迭代n的局部最优解x^*和J^*。也报告了被满足的对应的终止条件。将外部循环计数器(用于优化的多次启动)增加到n+1。

5.计算最优目标函数的最小值J^*(在上一步中从随机初始点获得)。对于最优值的最小值，检查对应的终止条件是否为梯度相关的条件(即，梯度非常接近于零)。在这种情况下，报告所述目标值和对应的最优点作为可能的全局解。

上文的公开内容描述了通过对具有多个波长(例如，上述方程中的λ₁...λ₄)的目标进行多次测量来获得方程组(例如方程(9)至(24))。然而，波长只是照射条件的一个示例，可以对其进行更改以获得方程组。这样，本文描述的构思可以更普遍地应用于改变照射辐射的照射条件。例如，可能会改变的其它照射条件包括偏振或入射角。

组合不同波长的图像是有用的原因在于以下事实：许多模型参数是依赖于波长的(依赖性，其是在所谓的振荡曲线中分组在一起，如稍后将更详细描述的)。因此，可以将不同波长的图像视为被一起获得的传感器和目标的独立采样(因此所有误差源和重叠被组合)。这种独立性是关键的：每个图像都提供独特的信息，可以通过精心选择的模型对所述信息进行组合和分离。在不同的偏振上的测量也突出了光与叠层之间的不同相互作用，因此是(至少部分地)独立的。如现在将要解释的，与不同入射角有关的测量可能需要另外的考虑。

在诸如图7A描绘的许多量测装置中，孔13确定了照射轮廓并因此确定了哪些入射角被传输到目标。与波长一样，入射角对振荡曲线有大的贡献(这是由叠层中的波的干扰和材料属性引起的)，因此，不同的入射角(即光瞳中的不同点)可以提供系统的独立采样。振荡曲线的构思将在下文中更详细地描述。理想情况下，每个波应独立地采样(即在不同角度上扫描激光)。然而，典型的量测照射源同时发射不同角度的连续波(因为它是部分相干的源)。因此，光瞳的采样当前受孔控制。许多可用的孔具有相对于彼此交叠的照射轮廓，因此不能提供完全独立的采样。这与在不同波长下得到的图像根本上不同，其中所述波长没有或具有忽略不计的光谱交叠。

因此，将描述许多种方法，其中将变化的照射条件扩展到入射角。这样的方法可能会大大增加独立图像的数量，这些独立图像可以馈入诸如方程(9)至(24)描述的多图像重叠提取算法中。中心思想是使用光瞳的最小的可能的唯一区段执行单独的获取。这可以以许多不同的方式实施，将说明其中的几种方式。

不需要硬件改变的第一种方法包括使用当前可用的孔获取图像并进行获取的强度的线性组合，从而创建实质上独立的光瞳采样。这是一种有效的方法，因为图像是由所有参与的波的不相干的总和形成的。例如，可以使用限定第一照射轮廓的第一孔板获取图像A，并使用限定第二照射轮廓的第二孔板获取图像B，其中第一和第二照射轮廓交叠以便第一照射轮廓(在空间上)完全包含在第二照射轮廓内。一旦图像已经被适当地对准，就可以确定获取的图像B与获取的图像A的差，以便获得新的导出的图像C(例如，在通过例如能量传感器读数进行精细的归一化之后)。这样，图像C将(主要)包含来自第一孔轮廓之外但在第二孔轮廓内的波的信息。因此，获取的图像A和导出的图像C应是大致独立的，并且可以在方程(9)到(24)描述的算法中使用，其中项λ_n现在将表示不同的图像并因此表示不同的入射角。这样，从可能可用的不同孔板中，可以构造独立的光瞳采样的不同基础。可能需要注意的是，虽然上文的线性组合示例包括2个图像之间的差异，但是所述构思也适用于使用2个以上图像的线性组合，以便获得更好地匹配目标的实际振荡曲线的不同基础。

所述方法的优势是每次测量使用的孔板可以选择成大于采样区域，意味着图像中的模糊和边缘效应保持在最低水平，并且不需要硬件更改。

在另一方法中，孔轮廓可以是可选择的以限定非交叠的多个轮廓。例如，可以将一个孔轮廓(或多个孔轮廓)添加到照射模式选择器(IMS)，通过以小步进旋转IMS轮，可以在横跨光瞳连续地移动所述孔轮廓。这样，可以对光瞳连续地采样，并且可以识别最优采样。这提供了比第一种解决方案更多的灵活性，因为被采样的孔轮廓区域不是固定的。同样，由于这些小孔轮廓而导致的任何图像模糊在整个采样中都是相同的。可以使用如第一种方法中描述的相同方式来组合几个这样的不同长度的孔轮廓，从而提供甚至更好的基础。注意，孔不应太小，以免使暗场图像太模糊。

上文的解决方案需要顺序采集，这需要额外的时间，因为它们在物镜之前会阻挡较大的光瞳区域。然而，通过使用将光瞳的不同部分投影到传感摄像机的不同区域(例如，单次拍照(single-shot)中测量的4个象限)的楔形棱镜，可以获得以不同角度传播的波的并行获取。另外，通过将光瞳象限的较小区域投影到传感摄像机的单独的区域，“超角(hyper-angular)”测量是可能的，这与在“超光谱”设定中测量的平行波长同义。可以使用可以以每像素为基础更改光的相位的精细分段楔或空间光调制器(SLM)来实施这样的系统。SLM可以更换楔，从而允许动态选择要同时采样的光瞳区域(这可能需要比与当前用于传感摄像机的像素密度相等的像素密度下更大的总CCD区域，以维持适当的分辨率)。

已经发现，针对衬底上的不同目标的参数值的行为是可比较的并且看起来是稳定的。因此，可以使用来自几个目标的结果来限制参数优化的搜索空间的范围，这可以大大提高优化算法的收敛速度。

因此，参考图14，示意性地描绘了涉及上文描述的多波长技术的方法的实施例。在1400处，提供如本文描述的方程组。例如，方程组可以具有16个或更多个方程，并且是重叠和测量辐射波长的函数。在1410处，获得辐射值以用于求解方程组。在实施例中，可以从物理衬底上的物理目标测量辐射值。在实施例中，可以通过模拟器确定辐射值，所述模拟器模拟照射量测目标并检测由量测目标改变方向的辐射。在1420处，将辐射值与方程组一起使用以求解方程的一个或更多个参数。在实施例中，求解的参数是重叠。在实施例中，可以使用上文描述的一种或更多种优化技术。在1430处，应用求解的一个或更多个参数。例如，求解的参数可以是在大批量时确定的重叠，也可以作为生产的一部分确定的重叠，并且可以用于例如控制、设计等图形化过程的方面。作为另一示例，求解的参数可以是在量测过程的设计、控制等中使用，(例如)从而选择用于测量的量测过程的条件(诸如辐射波长)(并且所述量测过程可以使用不同的重叠计算技术，诸如相对于方程(1)-(4)的上文所述的技术。在下文中关于图15描述使用确定的重叠以在量测过程的设计、控制等中使用的示例。

总之，提供了一种用于确定准确的重叠的新的物理模型，所述物理模型基于从衍射量测目标考虑辐射散射问题的几个参数。所述方法可以提供对重叠的更准确的确定和/或提供对重叠的鲁棒性计算。在实施例中，这是基于对散射问题的数学描述实现的，其中对于多个周期性结构中的每个周期性结构和对于波构成的两个衍射阶，形成非线性方程组的一组参数，包括多个波长和重叠，作为至少一些这样的参数。根据所述描述，足以在多个不同的波长(例如，4个不同的波长)下对至少2个周期性结构(并且2个周期性结构分别具有正和负偏置)的2个衍射阶进行测量以获得多个辐射值(例如16个测量的或模拟的强度值)。使用至少多个辐射值和波长作为已知值，可以求解非线性方程组，其中散射问题的许多参数(包括重叠)是未知量。

此外，方程组可以唯一考虑在计算重叠时结构不对称性、叠层差异和/或传感器不对称性的影响。即，如本文描述的那样配置方程组的一个或更多个参数，以便在确定重叠值时包含结构不对称性、叠层差异和/或传感器不对称性的影响。因此，所述方法可以提供对重叠的更准确的估计。此外，对于传感器不对称性，所述方法在配置有涉及如本文描述的传感器不对称性的一个或更多个参数时可以避免需要来自用于消除传感器不对称性的180度的衬底旋转的额外信息。这是因为通过使一个或更多个参数涉及方程组中的传感器不对称性，重叠确定可以直接考虑传感器不对称性。

如上文提到的，本文描述的技术可以用作用于量测设备的默认重叠计算方法(例如，代替使用方程(2)或方程(4))。在生产量方面，如果例如在波长之间的切换足够快和/或方程组的求解足够快，则可以使用所述技术。随着硬件的进步，使用快速的硬件开关在不同波长之间切换，可以在多个波长下进行实际测量。另外，本文描述的求解技术可以在求解非线性方程组以获得例如重叠值的方面实现速度改进。因此，所述技术有望作为默认的重叠计算方法。

另外，目标的测量准确度和/或灵敏度可以相对于目标本身的一个或更多个特质和/或相对于设置在目标上的测量辐射的一个或更多个特质而变化；例如：辐射的波长、辐射的偏振和/或辐射的强度分布(即，角或空间强度分布)。在实施例中，辐射的波长范围限于选自一范围(例如，选自约400nm至900nm范围)的一个或更多个波长。另外，可以提供对辐射束的不同偏振的选择，并且可以使用例如多个不同的孔来提供各种照射形状。

因此，为了能够进行这样的选择和测量，可以使用量测选配方案，所述量测选配方案使用测量系统规定测量的一个或更多个参数。在实施例中，术语“量测选配方案”包括测量自身的一个或更多个参数、测量的目标的图案的一个或更多个参数，或者它们两者。

在这种背景下，测量的目标的图案(也称作“目标”或“目标结构”)可以是光学测量的图案(例如，其衍射被测量)。测量的目标图案可以是出于测量目的而特殊地设计或选择的图案。可以将目标的多个复本放置于衬底上的许多地点上。

在实施例中，如果量测选配方案包括测量自身的一个或更多个参数，则测量自身的所述一个或更多个参数可以包括与测量束和/或用于进行测量的测量设备相关的一个或更多个参数。例如，如果量测选配方案中使用的测量是基于衍射的光学测量，则该测量自身的一个或更多个参数可以包括：测量辐射的波长；和/或测量辐射的偏振；和/或测量辐射强度分布；和/或测量辐射相对于衬底的照射角度(例如入射角、方位角等)；和/或衍射测量辐射相对于衬底上的图案的相对方向；和/或目标的测量点或实例的数量；和/或测量的目标的实例在衬底上的部位。测量自身的一个或更多个参数可以包括在测量中使用的量测设备的一个或更多个参数，所述参数可以包括检测器灵敏度、数值孔径等。

在实施例中，如果量测选配方案包括测量的图案的一个或更多个参数，则测量的图案的所述一个或更多个参数可以包括一个或更多个几何特性(诸如图案的至少一部分的形状，和/或图案的至少一部分的方向)；和/或图案的至少一部分的节距(例如周期性结构的节距，包括在具有下周期性结构的层上方的层中的上周期性结构的节距和/或下周期性结构的节距)；和/或图案的至少一部分的尺寸(例如CD)(例如周期性结构的特征的CD，包括上周期性结构和/或下周期性结构的特征的CD)；和/或图案的特征的分段(例如，周期性结构的特征划分成子结构)；和/或周期性结构的长度或周期性结构的特征的长度；和/或图案的至少一部分的材料属性(例如折射率、消光系数、材料类型等)；和/或图案的识别(例如区分一个图案与另一个图案)等。

量测选配方案可以被表达成如(r₁，r₂，r₃，...r_n；t₁，t₂，t₃，...t_m)的形式，其中r_i是测量的一个或更多个参数，t_j是测量的一个或更多图案的一个或更多个参数。如将理解的，n和m可以是1。此外，量测选配方案不需要具有测量的一个或更多个参数以及一个或更多个测量的图案的一个或更多个参数两者；它可以仅具有测量的一个或更多个参数或者仅具有一个或更多个测量的图案的一个或更多个参数。

可以使用两个量测选配方案A和B来使目标被测量，这两个量测选配方案在测量目标的阶段上不同(例如，A在目标包括潜像结构时测量目标，而B在目标不包括潜像结构时测量目标)以及/或者在它们测量的参数上不同。量测选配方案A和B可以至少在测量的目标上不同(例如，A测量第一目标，并且B测量不同的第二目标)。量测选配方案A和B可以在其测量和目标测量的参数上不同。量测选配方案A和B可以甚至不基于同一种测量技术。例如，选配方案A可以基于以衍射为基础的测量，而选配方案B可以基于扫描电子显微镜(SEM)或原子力显微法(AFM)测量。

因此，本文描述的多波长技术的另一可能的应用是用于量测选配方案的选择，所述选择是在例如大批量或生产测量之前进行的。因此，所述技术可以用于提供准确的重叠作为量测选配方案选择的参考。也就是说，期望的是，例如，得出量测选配方案的期望最优选择(目标-测量参数组合)，以便获得更准确的过程参数测量结果和/或产生对过程变化性来说是鲁棒性的期望的过程参数的测量值。

因此，在实施例中，为了确定将产生期望的过程参数(例如重叠)的准确测量和/或产生对过程可变性是鲁棒性的期望的过程参数的测量值的一个或更多个量测选配方案，上文描述的多波长技术的结果可以用于识别这样的一个或更多个准确的和/或鲁棒的量测选配方案。

参考图15，示意性地呈现了量测选配方案选择的方法的实施例。本质上，所述方法涉及使用第一图案化过程参数确定技术(诸如上文描述的多波长技术)从由测量辐射照射的量测目标确定图案化过程参数(诸如重叠)的第一值；使用与第一图案化过程参数确定技术不同的第二图形化过程参数确定技术(诸如上文关于方程(1)-(4)描述的技术，或者由例如量测设备提供的另一技术)来得到针对量测目标的图案化过程参数(诸如重叠)的多个第二值，每个第二值在测量辐射的不同波长下被确定；和基于所述第一值和所述第二值，识别用于量测目标的测量的量测选配方案的测量辐射波长。现在将关于图15描述使用上文描述的多波长技术作为第一图案化过程参数确定技术的所述方法的更详细的示例。

在1450处，可选地，执行预选择以从测量辐射的较大的一组波长中选择测量辐射的多个波长。下文将描述这样的预选择的示例。

在1460处，将多个波长(例如，从1450中预选择的波长或以其它方式提供的多个波长)与如上文描述的多波长方程组(例如，第一重叠确定技术)组合使用，以得到第一重叠值。如将理解的，波长的数量应与设定方程组的波长的数量相匹配。并且如果有更多的话，则可以从与方程组所需的数量相匹配的多个波长中选择最佳波长。在实施例中，预选择技术为每个波长提供了指标，以便能够选择最佳波长。或者，可以选择方程组中使用的波长数量的各种子组合，并为其计算第一重叠值以得到多个第一重叠值(然后可以单独地使用或统计地组合所述第一重叠值，例如，对所述第一重叠值求平均值以获得的第一重叠平均值)。与方程组一起使用的辐射值可以是模拟值或物理测量值。

在1470处，对于(例如)量测设备提供某些特定波长的情形，上文关于方程(1)-(4)描述的重叠确定技术或由(例如)量测设备提供的另一重叠确定技术(例如，第二重叠确定技术)被用于导出针对多个波长中的每个波长下的量测目标的重叠的第二值。在实施例中，这些波长是由为其选择了量测选配方案的量测设备提供的波长的全部或子集。在实施例中，这些波长是在1460处使用的波长的全部或子集。与第二重叠确定技术一起使用的辐射值可以是模拟值或物理测量值。

然后对于第二值选择波长，使得重叠的第二最接近于重叠的第一值。因此，在实施例中，识别测量选配方案波长包括识别使用第二重叠确定技术(例如，上文关于方程(1)-(4)描述的重叠确定技术或由例如量测设备提供的另一重叠确定技术)确定的第二值中的哪个最接近于使用第一重叠确定技术(诸如上文描述的多波长技术)确定的第一值，和针对量测选配方案的被识别的测量波长随后是与最接近的第二值相关联的测量辐射波长。在实施例中，可以识别一个以上的波长。

在1480处，对于(例如)量测设备可以灵活地提供在一波长范围内的波长(例如，将特定波长从连续波长范围内调出)的情形，上文关于方程(1)-(4)描述的重叠确定技术或由(例如)量测设备提供的另一重叠确定技术(例如，第二重叠确定技术)被用于导出针对多个波长中的每个波长下的量测目标的重叠的第二值。在实施例中，这些波长是为其选择了量测选配方案的量测设备提供的波长范围上的波长的采样(例如，均匀采样)。在实施例中，这些波长是在1460处使用的波长的全部或子集。与第二重叠确定技术一起使用的辐射值可以是模拟值或物理测量值。

然后，对于所述第二值，将所述第二值拟合为波长的函数。然后，从所述拟合中外推或内插最优波长，所述最优波长的第二值等于或最接近于重叠的第一值。因此，在实施例中，识别测量选配方案波长包括将使用第二重叠确定技术(例如，上文关于方程(1)-(4)描述的重叠确定技术或由例如量测设备提供的另一重叠确定技术)确定的第二值拟合成测量辐射波长的函数；和根据所述拟合外推或内插被识别的测量波长，所述被识别的测量波长的重叠值最接近于或等于使用第一重叠确定技术(诸如上文描述的多波长技术)确定的第一值。在实施例中，可以识别一个以上的波长。

在1490处，输出一个或更多个量测选配方案以与量测目标的量测过程一起使用，其中一个或更多个量测选配方案每个都具有来自1460、1470或1480的被识别的波长。在实施例中，一个或更多个量测选配方案具有来自1470或1480的被识别的波长，并与使用第二重叠确定技术(例如，上文关于方程(1)-(4)描述的重叠确定技术或由例如量测设备提供的另一重叠确定技术)确定重叠的量测过程一起使用。在实施例中，提供了多个量测选配方案，所述多个量测选配方案具有来自1460、1470或1480的被识别的波长，并与使用第一重叠确定技术(例如，上文描述的多波长技术)确定重叠的量测过程一起使用。

图16是示出一过程的流程图，在所述过程中量测选配方案用于监测性能，并且用作控制量测过程、设计过程和/或生产过程的基础。在步骤D1中，处理衬底以产生如本文根据可适用的量测选配方案描述的产品特征和一个或更多个量测目标。在步骤D2处，使用量测选配方案的一个或更多个测量参数(如果可适用的话)来测量图案化过程参数(例如，重叠)值，并使用例如图6或图10的方法来计算所述图案化过程参数值。在可选的步骤D3处，可以使用测量的图案化过程参数(例如，重叠)值(与可能可获得的其它信息一起使用)来更新量测选配方案(例如，使用如本文描述的方法来改变波长)。更新的量测选配方案用于图案化过程参数的重新测量，和/或用于后续处理的衬底上的图案化过程参数的测量)。以这种方式，改进了计算的图案化过程参数的准确度。如果希望的话，可以自动地更新程序。在步骤D4中，使用图案化过程参数值来更新控制器件制造过程中的光刻图案化步骤和/或其它过程步骤的选配方案，以返工和/或处理另外的衬底。另外，如果期望的话，也可以自动地进行这种更新。

如上文提到的，可以使用预选择来得到某些波长。尽管下文针对这样的预选择依次描述了各个步骤，但是这些步骤不一定必须按照所述顺序来执行。另外，不需要执行所有步骤。例如，可以执行一个或更多个步骤。因此，可以执行从所述步骤中选择的任何组合。

预选择可能涉及量测目标相对于多个不同波长的重叠数据的分析。可以通过实验获得数据，也可以使用目标从生产测量获得数据。例如，可以使用目标要用于其的图案化过程，在整个衬底上印制被考虑的目标的多个实例，然后使用可适用的量测设备以多个不同的设定(例如，不同的波长)测量所述多个实例。另外地或可替代地，可以模拟由于使用量测选配方案来测量目标而产生的重叠测量。在模拟中，使用量测选配方案的参数r_i和/或t_j(例如，由其提供或从其导出)来确定测量的一个或更多个参数。例如，可以通过使用(例如)麦克斯韦求解器和严格耦合波分析(RCWA)或通过其他数学模型来从量测选配方案的这些参数中确定辐射和与量测选配方案相对应的目标之间的相互作用。因此，可以从所述相互作用中确定预期的使用目标和关联的量测选配方案的测量。因此，在某些情况下，例如为了确定产生强信号的目标，可以使用测量过程的模拟器来获得数据；模拟器可以从数学上导出将如何使用根据检查设备的测量技术(例如，基于衍射的重叠测量)通过(例如)计算要在(例如)图7的设备的检测器中测量的强度来测量特定特性的特定目标(例如，根据节距、特征宽度、材料类型等规定的目标)。为了获得鲁棒性数据，模拟器可以引入一定范围内的扰动(例如，高达10％的变化、高达5％的变化、高达2％的变化、高达1％的变化或高达0.5％的变化)以模仿过程变化(可以横跨衬底扩展)。

因此，实验方法或模拟可以使用(例如)上文描述的公式来得出特定参数或指示器(诸如OV、K等)的值。

一种这样的指示器是层灵敏度(SS)(也被认为是信号对比度)。叠层灵敏度可以理解为由于目标(例如，光栅)层之间的衍射信号强度随着重叠变化的量度。也就是说，在重叠的背景下，它检测重叠目标的下周期性结构与下周期性结构之间的对比度，从而表示上周期性结构与下周期性结构之间的衍射效率之间的平衡。因此，所述叠层灵敏度是测量的灵敏度的示例性量度。在实施例中，叠层灵敏度是强度不对称性和平均强度之间的比率。在实施例中，叠层灵敏度可以用公式SS＝KL/I_M表示，其中L是使用者定义的常数(例如，在实施例中，值L是20nm和/或是偏置d的值)，I_M是由目标衍射的测量束的平均强度。在实施例中，应将量测选配方案的叠层灵敏度最大化。然而，已经发现使用具有最大叠层灵敏度的量测选配方案可能不是最佳的。例如，其叠层灵敏度是最大的测量束波长可能对应于低重叠灵敏度和较差的过程鲁棒性。

量测选配方案数据的示例呈现在图17和图18中。所述数据可以将测量数据的依赖性表示为一个或更多个量测选配方案参数、特别是测量本身的一个或更多个参数(诸如测量束的波长)的函数。在实施例中，所述数据可以将测量数据(例如，作为场数据(在图像平面处)或光瞳数据(在光瞳面处)而获得的强度)的振荡依赖性表示为测量辐射波长的函数。图17是针对单个偏振(在这种情况下为线性X偏振)在各种波长下测量的目标的数据的示例性曲线图。已经通过数据拟合了曲线，因此这种表示可以称为振荡曲线。如将理解的，不必生成曲线图，因为只有数据可以被处理。图18是针对不同的单个偏振(在这种情况下为线性Y偏振)在各种波长下测量的同一目标的数据的曲线图。在图17和图18两者中，针对各种测量束波长绘制了叠层灵敏度和重叠灵敏度。另外，虽然这里的偏振是线性X和Y偏振，但它可以是不同的或额外的偏振(诸如左手椭圆偏振辐射、右手椭圆偏振辐射等)。

使用所述数据，可以将一个或更多个特定的量测选配方案(例如波长)从考虑中去除，以导致针对可能另外的考虑选择一组量测选配方案。在这种情况下，量测选配方案共用同一目标，但在测量辐射波长方面不同。

现在，可以消除某些波长，因为它们超出了所述特定目标的节距/波长限制。也就是说，目标特征的节距和测量辐射波长使得在这种组合下的测量将是无效的。这些一个或更多个量测选配方案不在区域1500中。

所述选择的可能的方面是选择具有满足或超过阈值(即，在叠层灵敏度值的某一范围内)的叠层灵敏度(例如，从横跨衬底的目标的多个实例获得的平均叠层灵敏度(然后其可以被针对于多个衬底确定))的这些一个或更多个量测选配方案。在实施例中，应使叠层灵敏度最大化(但如上文讨论的，不以牺牲其它指示器或参数为代价，此外，在叠层灵敏度上可能存在可能影响对过程变化的鲁棒性的上限)。例如，可能由于另外的考虑而选择叠层灵敏度的绝对值大于或等于0.05的一个或更多个量测选配方案。当然，不必使用0.05。如果在这种情况下数值更大，则将排除更多的测量选配方案。因此，在这种情况下的叠层灵敏度数值相对小。因此，由选择的所述方面排除的所述的一个或更多个量测选配方案被标记为区域1510(其中，在这种情况下所述区域大致对应于检查设备可用的波长；如果可以使用连续的波长范围并且检查设备可以精确且稳定地调谐到所述范围内的任何波长，则应用于图17和图18中的曲线的分析将更加精确)。

所述选择的可能的方面是考虑目标西格玛。目标西格玛(TS)可以理解为横跨目标的多个测量的像素的测量的参数(例如，重叠)的统计变化。理论上，每个像素应由检测器测量以读取特定目标的同一参数值。然而，实际上，像素之间可能存在变化。在实施例中，目标西格玛是标准差或方差的形式。因此，目标西格玛的小值意味着横跨目标的测量的参数的期望的小变化。目标西格玛(TS)的大值可能暗示目标的印制问题(例如，变形的光栅线)、污染问题(例如目标上显著的颗粒)、测量束斑定位问题和/或横跨目标的测量束强度变化问题。

因此，所述选择的另外的方面可以是选择具有满足或超过阈值(即，在目标西格玛值的某一范围内)的目标西格玛(例如，从横跨衬底的目标的多个实例而获得的平均目标西格玛(然后其可以被针对于多个衬底确定))的这些一个或更多个量测选配方案。在实施例中，目标西格玛应最小化。例如，可以为了另外的考虑而选择目标西格玛小于或等于10nm的一个或更多个量测选配方案。当然，不必使用10nm。如果在这种情况下数值更小，则将排除更多的量测选配方案。因此，在这种情况下的目标西格玛数值相对较大。因此，由选择的所述方面排除的这些一个或更多个量测选配方案被标记为区域1515(其中，所述区域大致对应于这种情况下检查设备可用的波长)。

为了(例如)降低重叠的测量误差，可以选择具有大的重叠灵敏度K的一组测量条件(例如目标选择、测量束波长、测量束偏振等)。因此，所述选择的可能的方面是选择具有满足或超过阈值(即，在重叠灵敏度值的某一范围内)的重叠灵敏度(例如，从横跨衬底的目标的多个实例获得的平均重叠灵敏度(然后可以被针对于多个衬底确定))的这些一个或更多个量测选配方案。在实施例中，对于量测选配方案，重叠灵敏度应最大化。例如，可以为了另外的考虑而选择重叠灵敏度的绝对值在最高重叠灵敏度的绝对值的范围内的一个或更多个量测选配方案。例如，所述范围可以在最高重叠灵敏度值的35％之内、30％之内、25％之内、20％之内、15％之内或10％之内。例如，可以从重叠灵敏度值的局部最小值或最大值的范围内选择一个或更多个量测选配方案。例如，所述范围可以在局部最小值或最大值的35％之内、30％之内、25％之内、20％之内、15％之内或10％之内。当然，可以使用不同的范围。范围越高，保留的量测选配方案越多。因此，由选择的所述方面排除的这些一个或更多个量测选配方案被标记为区域1520(其中，所述区域大致对应于这种情况下检查设备可用的波长)。

所述选择的可能的方面是出于叠层差异参数相对于阈值的考虑。在实施例中，叠层差异参数包括光栅不平衡度(GI)。因此，例如，可以通过相对于阈值评估光栅不平衡度(GI)(例如，光栅不平衡度的平均光栅不平衡度或变化(例如，方差、标准差等)，所述平均光栅不平衡度或变化从跨衬底的目标的多个实例获得(然后可以被针对于多个衬底确定)来选择一个或更多个量测选配方案的子集。例如，可以出于另外的考虑而选择光栅不平衡度小于或等于0.05％或5％的一个或更多个量测选配方案。当然，不必使用0.05％或5％。在实施例中，叠层差异参数被最小化。

所述选择的可能的方面是相对于阈值评估自参考指示器(从横跨衬底的目标的多个实例中获得(然后可以被针对于多个衬底确定)。在实施例中，自参考指示器是或涉及使用PCT专利申请公开出版物WO 2015/018625中描述的A₊对A_-分析获得的自参考性能参数(例如，重叠)，所述专利申请的全部内容通过引用并入本文。

本情形中的A₊对A_-分析将意味着针对具有正偏置(A₊)的周期性结构和负偏置(A_-)的周期性结构的目标的多个实例来评估量测选配方案。因此，对于重叠作为性能参数，针对每个量测选配方案和针对目标的每个实例确定A₊和A_-，将A₊的确定值相对于A_-的确定值进行评估以通过这样的数据得出拟合，并且与所述拟合相关的值对应于针对目标的实例的更准确的实际重叠值。对目标的每个实例将重复此操作，以产生自参考性能参数的多个值。在实施例中，将这些多个值求平均值以产生跨越衬底的更准确的实际重叠平均值(例如，平均值)(其中假设目标的每个实例意图具有相同的重叠)。

图19是针对不具有特征不对称性的重叠光栅的A₊对A_-的示例性绘图，使得当前唯一的不对称性是由于偏置和重叠而导致的不对称性，所述绘图示出了所述拟合。在这种情况下，A₊与A_-之间的关系在于通过原点的直线(因为假设没有特征不对称性)。所有量测选配方案的对应的A₊对A_-数据点均位于所述线上。所述线(即所述拟合)的斜率与更准确的实际重叠值有关。图19示出了：标注为OV＝0的虚线，所述虚线是指示零重叠且斜率为-1的线；标注为OV_∞的虚线，所述虚线是斜率为+1且指示重叠接近于无穷大的线；标注为OV＜0的实线，所述实线是斜率小于-1且指示重叠小于零的线；标注为OV＞0的实线，所述实线是斜率大于-1且指示重叠大于零的线。另外，可以看到重叠等于+d(其中d是光栅偏置)将产生沿y轴绘制的线；并且重叠等于-d将产生沿x轴绘制的线。

因此，通过确定通过数据集的拟合线的斜率(所述线不需要拟合通过原点)，A₊与A_-回归如其原本的那样可以产生更准确的重叠值，而没有可归因于特征不对称性的贡献。可选地，可以通过拟合线从原点(例如，截距项)的偏移来确定特征不对称性。

另外，可以为目标的每个实例以及为每个量测选配方案(其中假定目标的每个实例意图具有相同的重叠)确定实际测量的重叠值。可以对这些值进行统计处理，以得出针对特定量测选配方案的重叠的平均值和统计变化(例如，标准差)。

然后，自参考指示器可以是针对特定的量测选配方案的确定的更准确的重叠值与测量的重叠值之间的比较。在实施例中，自参考指示器是确定的更准确的实际重叠平均值与测量的重叠平均值之差加上3个标准差，可以相对于阈值评估所述自参考指示器(例如，如果在这种情况下自参考指示器小于或等于3nm，将选择所述量测选配方案，尽管可以使用不同于3nm的值)。因此，所述自参考指示器实际上是横跨衬底的残差指纹。在实施例中，自参考指示器应最小化。

因此，实际上，所述技术涉及对使用横跨衬底的很多不同的量测选配方案检测的周期性结构(例如，偏置的重叠光栅)的不对称性进行拟合，从而产生更准确的过程参数(例如，重叠)值的自参考指纹。然后将自参考的更准确的过程参数值(例如，重叠)与一个或更多个量测选配方案的测量的过程参数(例如，重叠)值进行比较，以识别出哪一个或更多个量测选配方案产生接近于自参考指纹的结果，以帮助确保使用这些一个或更多个量测选配方案的测量的准确度。

因此，在一个或更多个前述评估之后应保留一个或更多个量测选配方案(例如，测量波长)(当然，如果不保留量测选配方案，则一个或更多个其它量测选配方案参数可能需要修改，例如目标本身的一个或更多个参数)。在这一点上，可以输出一个或更多个选择的量测选配方案，并在步骤1460中使用。

因此，在实施例中，提供了一种使用(例如)上文描述的多波长技术来准确地计算重叠的方法，因此，所述准确的重叠被用于指导最优量测选配方案的选择，使得使用所述量测选配方案测量的重叠或多或少是准确的。因此，本文描述的方法不是基于近似和探索式步骤得到用于准确的重叠的“最优”量测选配方案的选配方案选择算法，而是将上文描述的多波长技术应用于选配方案选择，因此使用更具分析基础的形式来提供量测选配方案选择。

作为另外注意的，即使对于大多数情况，受制于非最优波长的约束，只要叠层灵敏度不是太小(即，输入是太有噪声的)，上文描述的多波长技术就仍可以确定准确的重叠(针对任何应用，诸如用于量测选配方案选择的应用或用于大批量或生产测量的应用)。在输入太有噪声的(例如，小叠层灵敏度)和/或波长彼此相距太远且量测目标的材料太依赖于波长的情形下，使用非最优波长进行工作的惩罚可能是较不准确的重叠。但是，在大多数情况下，这些情形不可能在具有适当设计的量测目标的适当设计的量测过程中出现。

在实施例中，提供了一种从量测目标确定图案化过程参数的方法，所述方法包括：从量测目标获得多个衍射辐射值，所述多个衍射辐射值中的每个衍射辐射值与目标的照射辐射的多个波长中的不同波长相对应；和使用值的组合确定目标的图案化过程参数的相同值。

在实施例中，针对多个波长中的至少四个波长中的每个波长获得衍射辐射值。在实施例中，目标包括至少两个子目标，每个子目标具有不同的偏置，并且所述值中的每个值与来自特定子目标的衍射辐射相对应。在实施例中，所述值分别对应于衍射辐射的某一衍射阶的正值的辐射和衍射辐射的某一衍射阶的负值的辐射。在实施例中，使用值的组合确定图案化过程参数的相同值包括使用方程组，所述方程组包括多个波长中的每个波长作为方程组中的至少一个方程的变量。在实施例中，方程组包括至少16个方程。在实施例中，方程组包括最多16个未知量。在实施例中，目标包括上周期性结构和下周期性结构，其中，方程组中的每个方程都包括一个或更多个项，所述项是表示来自目标的下周期性结构的辐射的振幅的变量和表示来自目标的辐射的相位的变量的函数，并且其中，至少衍射辐射的某个衍射阶的正值的辐射的振幅变量与衍射辐射的某个衍射阶的负值的辐射的振幅变量不同，并且至少衍射辐射的某个衍射阶的正值的辐射的相位变量与衍射辐射的某个衍射阶的夫值的辐射的相位变量不同。在实施例中，目标包括具有正偏置的周期性结构的目标的子目标和具有负偏置的周期性结构的目标的子目标，其中方程组中的每个方程包括一个或更多个项，所述项是表示来自目标的辐射的振幅的变量和表示来自目标的辐射的相位的变量的函数，并且其中，至少具有正偏置的子目标的辐射的振幅变量和具有负偏置的子目标的辐射的振幅变量不同，并且至少具有正偏置的子目标的辐射的相位变量和具有负偏置的子目标的辐射的相位变量不同。在实施例中，方程组中的每个方程都包括一个或更多个项，所述项是表示传感器不对称性误差的变量的函数。在实施例中，至少衍射辐射的某个衍射阶的正值的辐射的传感器不对称性误差变量与衍射辐射的某个衍射阶的负值的辐射的传感器不对称性误差变量不同。在实施例中，使用方程组包括求解非线性方程组以得到图案化过程参数值。在实施例中，图案化过程参数是重叠。在实施例中，衍射辐射值是从使用图案化过程处理的衬底上的量测目标的测量获得的衍射值。在实施例中，衍射辐射值是从量测目标的测量的模拟获得的衍射值。

在实施例中，提供了一种方法，包括：使用第一图案化过程参数确定技术，根据测量辐射照射的量测目标确定图案化过程参数的第一值；使用不同于第一图案化过程参数确定技术的第二图案化过程参数确定技术来得到用于量测目标的图案化过程参数的多个第二值，每个第二值在测量辐射的不同波长下被确定；基于第一值和第二值，识别用于量测目标的测量的量测选配方案的测量辐射波长。

在实施例中，所述识别包括识别哪个第二值最接近于第一值，并且识别的测量波长是与最接近的第二值相关联的测量辐射波长。在实施例中，识别包括拟合第二值作为测量辐射波长的函数，并从拟合中外推或内插识别的测量波长，所述识别的测量波长具有最接近于或等于第一值的图案化过程参数的值。在实施例中，第一图案化过程参数确定技术包括：从量测目标获得多个衍射辐射值，所述多个衍射辐射值中的每个衍射辐射值与目标的测量辐射的多个波长中的不同波长相对应；和使用值的组合确定目标的图案化过程参数的相同的值。在实施例中，所述方法还包括基于指标执行从较大的一组波长中预选择多个波长。在实施例中，指标包括叠层灵敏度处于或低于某一阈值。在实施例中，针对多个波长中的至少四个波长中的每个波长获得衍射辐射值。在实施例中，目标包括至少两个子目标，每个子目标具有不同的偏置，并且所述值中的每个值与来自特定子目标的衍射辐射相对应。在实施例中，所述值分别对应于衍射辐射的某一衍射阶的正值的辐射和衍射辐射的某一衍射阶的负值的辐射。在实施例中，使用值的组合确定图案化过程参数的相同的值包括使用方程组，所述方程组包括多个波长中的每个波长作为方程组中的至少一个方程的变量。在实施例中，方程组包括至少16个方程。在实施例中，方程组包括最多16个未知量。在实施例中，使用方程组包括求解非线性方程组以得到图案化过程参数值。在实施例中，图案化过程参数是重叠。在实施例中，所述值是从使用图案化过程处理的衬底上的量测目标的测量获得的。在实施例中，所述值是从量测目标的测量的模拟获得的。

虽然上文公开的实施例在场平面中基于衍射的重叠测量(例如，使用图7A所示的设备的第二测量分支进行的测量)方面进行了描述，但是原则上相同的模型可以用于基于光瞳的重叠测量(例如，使用图7A所示的设备的第一测量分支进行的测量)。因此，应当理解，本文描述的构思同样适用于场平面和光瞳面中基于衍射的重叠测量。

虽然本文描述的量测目标和过程参数的实施例已经主要在用于测量重叠的重叠目标方面进行了描述，但是本文描述的量测目标的实施例可以用于测量一个或更多个额外的或可替代的图案化过程参数。例如，量测目标可以用于测量曝光剂量变化、测量曝光聚焦/散焦、测量边缘放置误差、测量CD等。另外，这里的描述也可以在适当的情况下应用修改于例如光刻设备中的使用对准标记进行的衬底和/或图案形成装置对准。类似地，可以确定用于对准测量的合适的选配方案。

因此，当感兴趣的性能参数是重叠时，可以使用本文描述的方法并且(例如)对多个波长方程进行适当修改，来确定图案化过程的性能的其它参数(例如，剂量、聚焦、CD等)。性能参数(例如重叠、CD、聚焦、剂量等)可以被反馈(或前馈)，以用于图案化过程的改进、目标的改进，和/或用于改进本文描述的建模、测量和计算过程。

虽然上文描述的目标结构是出于测量的目的而特定地设计和形成的量测目标，但在其它实施例中，可在作为形成于衬底上的器件的功能部分的目标上测量属性。许多器件具有类似于光栅的规则周期性结构。如本文使用的术语：目标的“目标”、“光栅”或“周期性结构”，不需要为正在执行的测量专门设置适用的结构。另外，虽然量测目标的节距P接近于测量工具的光学系统的分辨率极限，但是可以比目标部分C中通过图案化过程制作的典型产品特征的尺寸大得多。在实践中，可以使周期性结构的特征和/或空间包括在尺寸方面类似于产品特征的较小结构。

与如在衬底和图案形成装置上实现的目标的物理结构相关联地，实施例可以包括包含机器可读指令的一个或更多个序列和/或功能数据的计算机程序，它们描述目标设计、描述设计用于衬底的目标的方法、描述在衬底上制造目标的方法、描述测量衬底上的目标的方法和/或描述分析测量以获得关于图案化过程的信息的方法。可以在例如图7的设备中的单元PU和/或图2的控制单元LACU内执行所述计算机程序。还可以提供其中存储有这种计算机程序的数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。在例如图7所示的类型的现有的检查设备已经在生产中和/或在使用中的情况下，可以通过提供更新的计算机程序产品以使处理器执行本文描述的方法中的一个或更多个方法来实施实施例。可选地，所述程序可以被布置成控制光学系统、衬底支撑件等，以执行测量适当的多个目标上的图案化过程的参数的方法。所述程序可以更新用于另外的衬底的测量的光刻术/或量测选配方案。所述程序可以被布置成(直接或间接地)控制光刻设备，以用于图案化和处理另外的衬底。

另外，已经在本文描述了关于基于衍射的量测术的实施例，所述基于衍射的量测术例如根据来自衍射阶的强度来测量交叠的周期性结构的相对位置。然而，本文中的实施例可以在必要时以具有适当变型的形式应用于基于图像的量测术，所述基于图像的量测术例如使用目标的高品质图像来测量从层1中的目标1到层2中的目标2的相对位置。通常，这些目标是周期性结构或“盒”(盒中盒(BiB))。

如本文使用的，术语“进行优化”和“优化”指的是或意思是调整图案化过程的设备和/或过程，这可以包括调整光刻过程或设备，或调整量测过程或设备(例如，目标、测量工具等)，使得品质因数具有更期望的值，诸如测量、图案化和/或器件制备结果和/或过程具有一个或更多个期望的特性、设计布局投影在衬底上更准确、过程窗口更大等。因此，进行优化和优化指的是或意思是为与设计变量的初始的一组值相比可以提供在品质因数上的改进(例如局部最优)的一个或更多个设计变量识别一个或更多个值的过程。“最优”和其它相关的术语应该相应地进行解释。在实施例中，可以迭代地应用优化步骤，以提供一个或更多个品质因数上的进一步改进。

本发明的实施例可以采取包含一个或更多个描述本文公开的方法的机器可读指令序列的计算机程序或于其中存储该计算机程序的数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。另外，所述机器可读指令可以嵌入两个或更多个计算机程序中。所述两个或更多个计算机程序可以存储在一个或更多个不同的存储器上或数据存储介质上。

可以将本文公开的一个或更多个方面实施于控制系统中。本文描述的任何控制系统可以在一个或更多个计算机程序被位于设备的至少一个部件内的一个或更多个计算机处理器读取时能够各自地或组合地操作。所述控制系统可以各自地或组合地具有用于接收、处理和发送信号的任何适当的配置。一个或更多个处理器配置成与控制系统中的至少一个通信。例如，每一个控制系统可以包括用于执行包括用于上文描述的方法的机器可读指令的计算机程序的一个或更多个处理器。控制系统可以包括用于存储这种计算机程序的数据存储介质，和/或用于容纳这种介质的硬件。因此，控制系统可以根据一个或更多个计算机程序的机器可读指令操作。

尽管上文已经对在光学光刻术的背景下使用实施例进行了具体的参考，但是应理解，本发明的实施例可以用于其它应用，例如压印光刻术，并且在上下文允许的情况下，不限于光学光刻术。在压印光刻术中，图案形成装置中的形貌限定了在衬底上产生的图案。图案形成装置的形貌可以被压制到提供给衬底上的抗蚀剂层中，于是抗蚀剂通过应用电磁辐射、热、压力或者它们的组合被固化。在抗蚀剂被固化之后所述图案形成装置被移出抗蚀剂，在其中留下图案。

本文使用的术语“辐射”和“束”包括全部类型的电磁辐射，包括：紫外(UV)辐射(例如具有或约为365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在5-20nm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”可以表示各种类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射式的、反射式的、磁性的、电磁的和静电的光学部件。

以上对具体实施例的描述将揭示本发明的实施例的一般性质，使得在不背离本发明的整体构思且没有过度的试验的情况下其它人可以通过应用本领域内的知识针对各种应用轻易地修改和/或调适这些具体的实施例。因此，基于本文给出的教导和指导，这样的调适和修改旨在落入所公开的实施例的等同物的含义和范围内。应理解，这里的措辞或术语是出于举例描述的目的而不是限制性的，因此本说明书中的术语或措辞应由本领域的技术人员根据所述教导和指导进行解释。

在下面编号的方面中描述了根据本发明的其它实施例：

1.一种从量测目标确定图案化过程参数的方法，所述方法包括：

从所述量测目标获得多个衍射辐射值，所述多个衍射辐射值中的每个衍射辐射值与所述目标的照射辐射的多个照射条件中的不同照射条件相对应；和

使用值的组合确定所述目标的图案化过程参数值的相同的值。

2.根据方面1所述的方法，其中，针对所述多个照射条件中的至少四个照射条件中的每个照射条件获得所述衍射辐射值。

3.根据方面1或方面2所述的方法，其中，所述目标包括至少两个子目标，每个子目标具有不同的偏置，并且所述值中的每个值与来自特定子目标的衍射辐射相对应。

4.根据方面1-3中任一方面所述的方法，其中，所述值分别对应于所述衍射辐射的某一衍射阶的正值的辐射和所述衍射辐射的某一衍射阶的负值的辐射。

5.根据方面1-4中任一方面所述的方法，其中，使用值的所述组合确定图案化过程参数的相同值包括使用方程组，所述方程组包括作为所述方程组中的至少一个方程的变量的所述多个照射条件中的每个照射条件。

6.根据方面5所述的方法，其中，所述方程组包括至少16个方程。

7.根据方面5或方面6所述的方法，其中，所述方程组包括最多16个未知量。

8.根据方面5-7中任一方面所述的方法，其中，所述目标包括上周期性结构和下周期性结构，其中，所述方程组中的每个方程都包括一个或更多个项，所述项是表示来自所述目标的所述下周期性结构的辐射的振幅的变量和表示来自所述目标的辐射的相位的变量的函数，并且其中至少所述衍射辐射的某个衍射阶的正值的辐射的振幅变量与所述衍射辐射的某个衍射阶的负值的辐射的振幅变量不同，并且至少所述衍射辐射的所述某个衍射阶的正值的辐射的相位变量与所述衍射辐射的所述某个衍射阶的负值的辐射的相位变量不同。

9.根据方面5至8中任一方面所述的方法，其中，所述目标包括具有正偏置的周期性结构的所述目标的子目标和具有负偏置的周期性结构的所述目标的子目标，其中所述方程组中的每个方程包括一个或更多个项，所述项是表示来自所述目标的辐射的振幅的变量和表示来自所述目标的辐射的相位的变量的函数，并且其中至少具有所述正偏置的所述子目标的辐射的振幅变量和具有所述负偏置的所述子目标的辐射的振幅变量不同，并且至少具有所述正偏置的所述子目标的辐射的相位变量和具有所述负偏置的所述子目标的辐射的相位变量不同。

10.根据方面5-9中任一方面所述的方法，其中所述方程组中的每个方程都包括一个或更多个项，所述项是表示传感器不对称性误差的变量的函数。

11.根据方面10所述的方法，其中，至少所述衍射辐射的某个衍射阶的正值的辐射的传感器不对称性误差变量与所述衍射辐射的某个衍射阶的负值的辐射的传感器不对称性误差变量不同。

12.根据方面5-11中任一方面所述的方法，其中，使用所述方程组包括求解非线性方程组以得到所述图案化过程参数的值。

13.根据方面1-12中任何一方面所述的方法，其中，所述图案化过程参数是重叠。

14.根据方面1-13中任一方面所述的方法，其中，所述衍射辐射的值是从使用图案化过程处理的衬底上的所述量测目标的测量获得的衍射值。

15.根据方面1-14中任一方面所述的方法，其中，所述衍射辐射的值是从所述量测目标的所述测量的模拟获得的衍射值。

16.根据方面1-15中任一方面所述的方法，其中，所述照射条件包括波长和/或偏振。

17.根据方面1-15中任一方面所述的方法，其中，所述照射条件包括相对于所述目标的入射角。

18.根据方面17所述的方法，其中，所述衍射辐射的多个值包括每个与对应的图像有关的这些值，所述图像中的每个图像与所述照射辐射的不同的非交叠的照射轮廓相对应。

19.根据方面18所述的方法，其中，所述图像包括导出的图像，所述导出的图像中的每个导出的图像是从两个或更多个获取的图像的线性组合中获得的，以便去除与获取照射轮廓的部分有关的信息，所述获取照射轮廓和与所述图像中的另一图像有关的获取照射轮廓交叠，所述获取照射轮廓包括在所述图像的获取中使用的实际照射轮廓。

20.一种方法，包括：

使用第一图案化过程参数确定技术，根据测量辐射照射的量测目标确定图案化过程参数的第一值；

使用不同于所述第一图案化过程参数确定技术的第二图案化过程参数确定技术来得到针对所述量测目标的图案化过程参数的多个第二值，每个第二值在测量辐射的不同照射条件下被确定；和

基于所述第一值和所述第二值，识别用于所述量测目标的测量的量测选配方案的测量辐射照射条件。

21.根据方面20所述的方法，其中，所述识别包括：识别哪个第二值最接近于所述第一值，并且识别的测量照射条件是与最接近的第二值相关联的测量辐射照射条件。

22.根据方面20所述的方法，其中，所述识别包括：拟合所述第二值作为测量辐射照射条件的函数，并从所述拟合外推或内插识别的测量照射条件，所述识别的测量照射条件具有最接近于或等于所述第一值的所述图案化过程参数的值。

23.根据方面20至22中任一方面所述的方法，其中，所述第一图案化过程参数确定技术包括：

从所述量测目标获得多个衍射辐射值，所述多个衍射辐射值中的每个衍射辐射值与所述目标的测量辐射的多个照射条件中的不同照射条件相对应；和

使用值的组合确定所述目标的图案化过程参数的相同值。

24.根据方面23所述的方法，还包括基于指标执行从较大的一组照射条件中预选择所述多个照射条件。

25.根据方面24所述的方法，其中，所述指标包括处于或小于某一阈值的叠层灵敏度。

26.根据方面23至25中任一方面所述的方法，其中，针对所述多个照射条件中的至少四个照射条件中的每个照射条件获得所述衍射辐射值。

27.根据方面23-26中任一方面所述的方法，其中，所述目标包括至少两个子目标，每个子目标具有不同的偏置，并且所述值中的每个值与来自特定子目标的衍射辐射相对应。

28.根据方面23-27中任一方面所述的方法，其中，所述值分别对应于所述衍射辐射的某一衍射阶的正值的辐射和所述衍射辐射的某一衍射阶的负值的辐射。

29.根据方面23-28中任一方面所述的方法，其中，使用值的所述组合确定图案化过程参数的相同值包括使用方程组，所述方程组包括作为所述方程组中的至少一个方程的变量的所述多个照射条件中的每个照射条件。

30.根据方面29所述的方法，其中，所述方程组包括至少20个方程。

31.根据方面29或方面30所述的方法，其中，所述方程组包括最多20个未知量。

32.根据方面29-31中任一方面所述的方法，其中，使用所述方程组包括求解非线性方程组以得到所述图案化过程参数的值。

33.根据方面20-32中任何一方面所述的方法，其中，所述图案化过程参数是重叠。

34.根据方面20-33中任一方面所述的方法，其中，所述值是从使用图案化过程处理的衬底上的所述量测目标的测量获得的。

35.根据方面20-34中任一方面所述的方法，其中，所述值是从所述量测目标的所述测量的模拟获得的。

36.根据方面1-35中任一方面所述的方法，其中，所述照射条件包括波长和/或偏振。

37.根据方面1-35中任一方面所述的方法，其中，所述照射条件包括相对于所述目标的入射角。

38.一种测量方法，所述方法包括根据方面20至37中任一方面所述的量测选配方案测量在衬底上的量测目标。

39.一种用于测量光刻过程的参数的量测设备，所述量测设备能够操作以执行根据方面1至38中任一方面所述的方法。

40.一种非暂时性计算机程序产品，包括机器可读指令，用于使处理器执行根据方面1-38中任一方面所述的方法。

41.一种系统，包括：

检查设备，配置成将辐射束提供到衬底上的量测目标上，并检测由所述目标衍射的辐射；和

根据方面40所述的非暂时性计算机程序产品。

42.根据方面41所述的系统，还包括光刻设备，所述光刻设备包括：支撑结构，配置成保持用于调制辐射束的图案形成装置；以及投影光学系统，布置成将调制后的辐射束投影到辐射敏感衬底上。

本发明的广度和范围不应受到上文描述的任何的示例性实施例的限制，而应仅由随附的权利要求书及其等同物来限定。