用于确定在衬底上的一个或更多个结构的特性的量测设备和方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年8月1日递交的欧洲申请18186825.8和2018年10月11日递交的欧洲申请18199813.9的优先权，这些欧洲申请的全部内容通过引用并入本文中。

本发明涉及用于确定衬底上的结构的特性的量测设备或检查设备。本发明也涉及用于确定衬底上的结构的特性的方法。

背景技术：

光刻设备是被构造成将期望的图案施加至衬底上的机器。例如，光刻设备可用于例如集成电路(ic)的制造。光刻设备可例如将图案形成装置(例如，掩模)处的图案(也常被称为“设计布局”或“设计”)投影到设置于衬底(例如晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。

为了将图案投影到衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。这种辐射的波长确定了可以形成于所述衬底上的特征的最小大小。当前使用的典型波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。使用具有在4至20nm(例如6.7nm或13.5nm)范围内的波长的极紫外(euv)辐射的光刻设备可被用来在衬底上形成比使用例如具有约193nm波长的辐射的光刻设备更小的特征。

低k1光刻可用于对尺寸比光刻设备的经典分辨率极限更小的特征进行处理。在这种过程中，分辨率公式可以表示为cd＝k1×λ/na，其中λ是所使用的辐射的波长，na是所述光刻设备中的投影光学元件的数值孔径，cd是“临界尺寸”(通常是所印刷的最小特征尺寸，但在本例中，为半间距)且k1是经验分辨率因子。一般来说，k1越小，则在衬底上重现与由电路设计师所规划的形状和尺寸相似的图案越难，以便实现特定的电气功能和性能。为了克服这些困难，可以将复杂的微调步骤应用于光刻投影设备和/或设计布局。例如，这些包括但不限于优化数值孔径(na)、定制照射方案、使用相移图案形成装置、设计布局的各种优化，诸如设计布局中的光学邻近校正(opc，有时也被称作“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，用于控制所述光刻设备的稳定性的一个或更多个紧密控制回路可用于改善低k1情况下所述图案的再现。

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。用于进行这样的测量的各种工具是已知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的量测设备(诸如，散射仪)。提及这样的工具的泛称可以是量测设备或检查设备。

当测量厚的叠层时，正在被测量的两个层之间可以存在相当大的距离。这可能使得使用强度不对称性进行的重叠确定不可靠，这是因为使用-1衍射阶强度和+1衍射阶强度所获得的图像未示出具有相当稳定强度(可以根据其来进行估计(例如，取平均值))的区。可以通过使用光瞳平面图像来确定重叠，从而解决这种不可靠性，但这需要非常大的目标并且针对每个光栅对目标区域进行单独采集。

技术实现要素：

一目的在于提供用于解决上文所论述的问题或限制中的一个或更多个问题或限制的检查或量测设备的有效且高效的解决方案。

在权利要求中和具体实施方式中披露了本发明的实施例。

在本发明的第一方面中，提供一种用于获得描述由一对结构对辐射进行散射的按计算方式所确定的干涉电场的方法，所述一对结构包括位于衬底上的第一结构和第二结构。所述方法包括：确定与由所述第一结构散射的第一辐射相关的第一电场；确定与由所述第二结构散射的第二辐射相关的第二电场；以及按计算方式确定所述第一电场和所述第二电场的干涉，以获得按计算方式确定的干涉电场。

也提供一种处理设备和计算机程序产品，其可操作以执行所述第一方面的方法，和一种包括这样的处理设备的检查设备。

附图说明

现在将参考随附的示意性附图而仅作为示例来描述本发明的实施例，在所述附图中：

-图1描绘光刻设备的示意性概略图；

-图2描绘光刻单元的示意性概略图；

-图3描绘整体光刻的示意性表示，其表示用以优化半导体制造的三种关键技术之间的协作；

-图4图示根据本发明的实施例的检查设备；

-图5包括：(a)用于根据本发明的实施例、使用第一对照射孔来测量目标的暗场散射仪的示意图；(b)用于给定照射方向的目标光栅的衍射光谱的细节；(c)在使用散射仪来用于基于衍射的重叠测量时提供另外照射模式的第二对照射孔；和(d)将第一对孔与第二对孔组合的第三对照射孔；

-图6描绘：(a)已知形式的多光栅目标和衬底上的测量斑的轮廓；和(b)在图5的散射仪中所获得的目标的图像；以及

-图7示出测量辐射通过(a)薄目标和(b)厚目标的示例性光学路径，以及相对应的图像和强度曲线图。

具体实施方式

在本文档中，术语“辐射”和“束”用于包括所有类型的电磁辐射，包括紫外线辐射(例如波长为365、248、193、157或126nm)和euv(极紫外线辐射，例如具有在约5-100nm范围内的波长)。

本文中使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可被广义地解释为指代可用于向入射辐射束赋予图案化横截面的通用图案形成装置，其对应于待在衬底的目标部分中创建的图案。术语“光阀”也可用于这种情境。除了经典的掩模(透射或反射掩膜、二进制掩膜、相移掩膜、混合掩膜等)之外，其它这种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示意性地描绘了光刻设备la。光刻设备la包括：照射系统(也称为照射器)il，其被配置成调节辐射束b(例如紫外辐射、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(例如掩模台)mt被构造成支撑图案形成装置(例如掩模)ma并且连接到配置成根据特定参数准确地定位图案形成装置ma；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，涂覆有抗蚀涂的晶片)w并且连接到第二定位装置pw，所述第二定位装置pw被配置成根据特定参数准确地定位衬底支撑件；以及投影系统(例如，折射投影透镜系统)ps，其被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。

在操作中，照射系统il接收来自辐射源so的辐射束，例如经由束传送系统bd。照射系统il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、静电型和/或其他类型的光学部件，或其任何组合，用于引导、成形和/或控制辐射。照射器il可用于使辐射束b在图形装置ma的平面处的其横截面中具有期望的空间和角强度分布。

本文中使用的术语“投影系统”ps应广义地解释为包括各种类型的投影系统，包括折射式、反射式、折射反射式、变形式、磁性式、电磁式和/或静电式光学系统，或其任何组合，视情况而定，适用于所使用的曝光辐射，和/或其他因素，诸如浸没液的使用或真空的使用。本文中术语“投影透镜”的任何使用可被视为与更广义的术语“投影系统”ps同义。

光刻设备la可以是这样的类型，其中至少一部分衬底可以被具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充介于投影系统ps与衬底w之间的空间,这也被称为浸没光刻。us6952253中给出了有关浸没技术的更多信息，通过引用将其并入本文中。

光刻设备la也可以是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，衬底支撑件wt可以并联使用，和/或可以对位于衬底支撑件wt之一上的衬底w执行准备衬底w的随后曝光的步骤、而同时将在其他衬底支撑件wt上的另一衬底w用于对其他衬底w上的图案曝光。

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/或清洁装置。传感器可被布置成测量所述投影系统ps的属性或辐射束b的属性。测量平台可保持多个传感器。所述清洁装置可被布置成清洁所述光刻设备的一部分，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wt远离所述投影系统ps时，测量平台可在投影系统ps下方移动。

在操作中，辐射束b入射到被保持在掩模支撑件mt上的图案形成装置(例如掩模ma)，并且由图案形成装置ma上存在的图案(设计布局)来图案化。在已穿过掩模ma之后，辐射束b穿过投影系统ps，该投影系统将束聚焦到衬底w的目标部分c上。借助于第二定位装置pw和位置测量系统if，能够准确地移动所述衬底支撑件wt，例如，以便将不同的目标部分c定位在辐射束b的路径中处于聚焦和对准的位置。类似地，第一定位装置pm和可能的另一个位置传感器(图1中未明确描绘)可用于相对于辐射束b的路径来准确地定位所述图案形成装置ma。图案形成装置ma和衬底w可使用掩模对准标记m1、m2和衬底对准标记p1、p2来对准。尽管如图所示的衬底对准标记p1、p2占据专用目标部分，但它们可以位于介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，它们被称为划道对准标记。

如图2所示，光刻设备la可形成光刻单元lc(有时也称为光刻元或(光刻)簇)的一部分，其通常还包括用以在衬底w上执行曝光前和曝光后过程的设备。常规地，这些设备包括用以沉积抗蚀剂层的旋涂机sc、用以曝光抗蚀剂的显影剂de、激冷板ch和焙烤板bk，例如用于调节所述衬底w的温度，例如用于调节抗蚀剂层中的溶剂。衬底输送装置或机器人ro从输入端口i/o1、输出端口i/o2拾取衬底w，在不同的过程设备之间移动它们，并且将衬底w传送到光刻设备la的装载台lb。在通常也统称为涂覆显影系统或轨迹(track)的光刻元中的装置通常在涂覆显影系统控制单元或轨迹控制单元tcu的控制下，涂覆显影系统控制单元或轨迹控制单元tcu本身可以由管理控制系统scs控制，输送管理控制系统scs也可以控制光刻设备la，例如经由光刻控制单元lacu。

为了使由光刻设备la曝光的衬底w正确且一致地曝光，需要检查衬底以测量经图案化结构的属性，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(cd)等。为此目的，检查工具(未显示)可能被包括于光刻元lc中。如果检测到错误，例如，可以对后续衬底的曝光或待在衬底w上执行的其他处理步骤进行调整，特别是如果在同一批次或批量的其他衬底w仍待曝光或处理之前进行检查。

检查设备也可称为量测设备，被用于确定衬底w的属性，特别是不同衬底w的属性如何变化，或与同一衬底w的不同层相关联的属性如何在层间发生变化。所述检查设备可以替代地被构造为识别所述衬底w上的缺陷，并且例如可以是光刻元lc的一部分，或者可以被集成到光刻设备la中，或者甚至可以是单独装置。所述检查装置可测量潜像(在曝光后在抗蚀剂层中的图像)、半潜影(在曝光后焙烤步骤peb后在抗蚀剂层中的图像)、或经显影后的抗蚀剂图像(其中已移除了抗蚀剂的曝光或未曝光部分)上的特性，或者甚至在经蚀刻图像上(在诸如蚀刻之类的图案转印步骤之后)。

典型地，在光刻设备la中的图案化过程是处理中最关键的步骤之一，它要求在衬底w上的结构的确定尺寸和放置的高准确度。为了确保这种高准确度，如图3中示意性地描绘的，可以在所谓的“整体”控制环境中组合三个系统。其中一个系统是光刻设备la，它(实际上)连接到量测工具met(第二系统)并且连接至计算机系统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同工作以增强整个过程窗口并且提供紧密的控制回路，来确保由光刻设备la所执行的图案化保持在过程窗口内。所述过程窗口定义了一定范围的过程参数(例如剂量、聚焦、覆盖)，在这些参数范围内，特定的制造过程产生一个被限定的结果(例如，功能性半导体器件)，通常允许光刻过程或图案化过程中的过程参数在被限定的结果内发生变化。

计算机系统cl可以使用待图案化的设计布局(的部分)来预测将要使用何种分辨率增强技术，并且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置实现所述图案化过程的最大的总过程窗口(在图3中由第一刻度sc1中的双箭头所描绘)。典型地，分辨率增强技术被布置成与光刻装置la的图案化可能性相匹配。计算机系统cl还可用于检测所述光刻设备la当前在过程窗口内的何处进行操作(例如使用来自量测工具met的输入)，以预测是否由于例如次优加工而存在缺陷(在图3中由第二刻度sc2中的指向“0”的箭头所描绘)。

量测工具met可向计算机系统cl提供输入以实现精确的模拟和预测，并且可向光刻设备la提供反馈以识别可能的漂移，例如在光刻设备la的校准或标定状态下(在图3中由第三刻度sc3中的多个箭头所描绘)。

在光刻过程中，需要频对所创建的结构进行频繁的测量，例如，用于过程控制和验证。用于进行这些测量的各种工具是已知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的量测设备，诸如散射仪。已知散射仪的示例常常取决于专用量测目标的提供，所述专用量测目标诸如欠填充的目标(呈不同层中的叠置光栅或简单光栅的形式的目标，其是足够大的以使得测量束产生比光栅更小的斑)或过填充的目标(由此所述照射斑部分地或完全地包含所述目标)。另外，使用量测工具(例如，照射诸如光栅之类的欠填充的目标的角分辨散射仪)允许使用所谓的重构方法，其中可以通过模拟散射辐射与目标结构的数学模型的相互作用并且比较模拟结果与测量的结果来计算光栅的性质。调整所述模型的参数，直至所模拟的相互作用产生与从真实目标所观测到的衍射图案类似的衍射图案为止。

散射仪是多用途仪器，通过在散射仪物镜的光瞳或与光瞳共轭的平面上安装传感器来允许进行对光刻过程的参数的测量，通常称为基于光瞳的测量，或者通过使传感器位于图像平面或与图像平面共轭的平面，在这种情况下，测量通常被称为基于图像或基于场的测量。在专利申请us20100328655、us2011102753a1、us20120044470a、us20110249244、us20110026032或ep1,628,164a中进一步描述了这些散射仪和相关联的测量技术，这些专利申请通过引用全部并入本文中。前述散射仪可以在一个图像中使用从软x射线和可见光至近ir波范围的光来测量来自多个光栅的多个目标。

在图4中描绘诸如散射仪之类的量测设备。其包括将辐射5投影至衬底w上的宽带(白光)辐射投影仪2。经反射的或经散射的辐射10被传递至光谱仪检测器4，所述光谱仪检测器4测量经镜面反射的辐射10的光谱(即，作为波长λ的函数的强度i的测量结果)。根据这种数据，可以由处理单元pu来重构产生所检测到的光谱的结构或轮廓8，例如，通过严密耦合波分析和非线性回归，或通过与模拟光谱的库的比较。通常，对于重构，结构的一般形式是已知的，并且根据供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从散射测量数据来确定。这种散射仪可以被配置成正入射散射仪或斜入射散射仪。

图5(a)中示出适用于本发明的实施例的量测设备。应注意这种仅是适合的量测设备的一个示例。替代的适合的量测设备可以使用euv辐射，诸如例如在wo2017/186483a1中所披露的euv辐射。图5(b)中更详细地图示了目标结构t和用来照射所述目标结构的测量辐射的衍射射线。所示出的量测设备属于已知为暗场量测设备的类型。所述量测设备可以是独立的装置，也可以被包括在光刻设备la中(例如处于测量站)，或被包括在光刻单元lc中。用虚线o表示具有贯穿所述设备的几个支路的光轴。在这种设备中，由源11(例如氙灯)发射的光通过包括透镜12、14和物镜16的光学系统经由分束器15引导到衬底w上。这些透镜被布置成4f布置的双次序。可以使用不同的透镜布置，只要它仍然将衬底图像提供到检测器上，同时允许接近中间光瞳平面用于空间频率滤光。因此，可以通过在呈现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，这里称为(共轭)光瞳平面。具体地，这可以通过在物镜光瞳平面的后投影图像的平面中、在透镜12和14之间插入适当形式的孔板13来完成。在图示的示例中，孔板13具有被标注为13n和13s的不同的形式，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(照射)。在第二照射模式中，孔板13s用于提供类似的照射，但是从标注为“南”的相反方向的照射。通过使用不同的孔，其它的照射模式是可能的。期望光瞳平面的其余部分是暗的，这是因为在所期望的照射模式之外的任何不必要的光都可能干扰所期望的测量信号。

如图5(b)所示，目标结构t被放置成衬底w垂直于物镜16的光轴o。衬底w可由支撑件(未示出)支撑。从偏离轴线o一角度射到目标结构t上的测量辐射的射线i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)。应注意，对于过填充的小目标结构而言，这些射线只是覆盖包括量测目标结构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光而言是必需的)，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，每个阶+1和-1都将进一步在一个角度范围之上展开，而不是如图示的单条理想的射线。注意的是，目标结构的光栅间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接近对准。图5(a)和5(b)所示的射线被显示为略微偏离轴线，这纯粹是为了使它们能够在图中更容易区分开。

由衬底w上的目标结构t所衍射的至少0和+1阶被物镜16收集，并且通过分束器15被引导返回。返回至图5(a)，第一照射模式和第二照射模式两者都通过指定标注为北(n)和南(s)的在直径方向上相对的孔来说明。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，标注为+1(n)的+1阶衍射射线进入物镜16。相比，当使用孔板13s施加第二照射模式时，-1阶衍射射线(标注为-1(s))是进入透镜16的射线。

第二分束器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)上形成目标结构的衍射光谱(光瞳平面图像)。每个衍射阶击中传感器上的不同点，以便图像处理可以比较和对比多个阶。由传感器19捕获的光瞳平面图像可以用于聚焦量测设备和/或对第一阶束的强度测量值进行归一化。光瞳平面图像也可以用于诸如重构等许多测量目的。

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)上形成目标结构t的图像。在第二测量支路中，孔径光阑21设置在与光瞳平面共轭的平面中。孔径光阑21起到阻挡第零阶衍射束的作用，使得目标的形成在传感器23上的图像仅由-1阶或+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，该处理器pu的功能将依赖于正在执行的特定类型的测量。应该注意的是，术语“图像”在这里被在宽的含义上使用。如果仅存在-1阶和+1阶中的一个，则同理将不会形成光栅线的图像。

图5所示的特定形式的孔板13和场阑21仅仅是示例。在本发明的另一个实施例中，使用对目标的同轴照射，并且使用具有离轴孔的孔径光阑以将衍射光中的大致仅一种第一阶衍射光传递到传感器。在另外的其它实施例中，代替第一阶束或者除第一阶束之外，可以在测量中使用第二阶、第三阶和更高阶束(图5中未示出)。

为了使测量辐射适应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，该盘旋转以将所期望的图案带到合适的位置。应该注意的是，孔板13n或13s仅用于测量在一个方向(x方向或y方向，这依赖于设置)上定向的光栅。为了测量正交的光栅，可以实施90°和270°的目标旋转。图3(c)和3(d)中示出不同的孔板。在上文提到的先前公开的申请中描述了这些的使用和所述设备的许多其它变型及应用。

图6(a)描绘根据已知实践形成在衬底上的目标结构或复合目标。此示例中的目标结构包括紧密地定位在一起的四个目标(例如，光栅)32至35，使得所述四个目标将全部在由量测设备的量测辐射照射束所形成的测量斑31内。所述四个目标因而都被同时地照射并且同时地成像在传感器19和23上。在专用于重叠的测量的示例中，目标32至35自身是复合光栅，其由在形成于衬底w上的半导体器件的不同层中被图案化的重叠光栅形成。目标32至35可以具有以不同方式偏置的重叠偏移，以便促成对于形成有复合光栅的不同部分的层之间的重叠的测量。下文中将参考图7来解释重叠偏置的意思。目标32至35也可以在它们的定向方面不同，如图示出，以便使入射辐射在x方向和y方向上衍射。在一个示例中，目标32和34是分别具有+d、-d的偏置的x方向光栅。目标33和35是分别具有偏移+d和-d的y方向光栅。可以在由传感器23所捕获的图像中识别这些光栅的单独的图像。这仅是目标结构的一个示例。目标结构可以包括多于或少于4个目标，或仅单个目标。

图6(b)示出在使用来自图5(d)的孔板13nw或13se的情况下在图5的设备中使用图6(a)的目标而可以形成在传感器23上且由所述传感器检测的图像的示例。虽然光瞳平面图像传感器19无法分辨不同的单独或分立的目标32至35，但图像传感器23可以进行这种分辨。暗矩形表示传感器上的图像的场，在所述场内，衬底上的照射斑31被成像至相对应的圆形区域41中。在这个场内，矩形区42至45表示小目标光栅32至35的图像。如果目标位于产品区域中，则在此图像场的周边即周缘中，产品特征也是可见的。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目标32至35的单独的图像42至45。以这种方式，图像并不必须在传感器框架内的特定部位处非常精确地对准，这极大地改善了所述测量设备整体的吞吐量。

一旦已识别目标的单独的图像，就可以例如通过对所识别的区域内的所选择的像素强度值进行平均化或求和来测量那些单独的图像的强度。可以将图像的强度和/或其它性质彼此进行比较。可以组合这些结果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。

在量测设备(例如，散射仪)的一个实施例中，量测设备被调适以通过测量在反射光谱和/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，不对称性与重叠程度相关。类似的方法可以用于测量形成有依赖于聚焦的不对称性的特殊目标上的聚焦。在重叠情况中，两个(通常，叠置的)光栅结构可以在两个不同层(不必连续层)中应用，并且可大致形成在晶片上的同一位置处。散射仪可以具有如例如在共有的专利申请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直接方式。可以在全文以引用方式并入本文中的pct专利申请公开号wo2011/012624或美国专利申请号us20160161863中找到针对包含作为目标的周期性结构的两个层之间的重叠误差经由所述周期性结构的不对称性来加以测量的另外的示例。

对于正被测量的两个层之间的距离(在垂直于衬底平面的z方向上)并不过大情况下的较薄叠层，使用诸如上文所描述的衍射量测方法的衍射量测方法进行重叠目标的测量是较准确的。较厚叠层的测量存在大困难，尤其对于量测设备而言，测量辐射以非法向角入射到目标上。由于光的非法向传播，沿着穿过在顶部光栅与底部光栅之间具备有限厚度的目标的多个衍射路径，光栅将不会恰当地对准以及因此相对于彼此发生有效位移。由于从多个角度到达的有限面积孔内的照射，这些位移变得模糊不清。因此，像平面(由检测器(例如，图3中的检测器23)成像的平面)中的不同点携载关于光栅图像的相交的不同信息，且因此，叠层灵敏度变成所述像平面中的位置的快速变化函数。在薄目标中，这种效应仅影响图像边缘。因此，关注的区(roi)被识别为与所述图像内的边缘远离的区域，其中所测量的强度示出非常小的空间变化。然而，在较厚叠层的情况下，这种效应不仅在目标图像的边缘处发生，而且遍及整个目标图像上发生。由于任何所选择roi区域内的叠层灵敏度的快速符号变化，在图像上的平均不对称性信号具有非常小的叠层灵敏度(对重叠进行的测量的灵敏度)，而单独的像素具有显著较大的叠层灵敏度。这导致非常不准确的重叠估计。叠层灵敏度描述了子目标之间的不对称性信号的改变，所述子目标通过它们的按偏置目标d进行比例缩放的强度的平均值而归一化。在特定示例中，如下描述经归一化的叠层灵敏度k1/s：

其中+d和-d是所强加的子目标偏置(具有量值d)，a+d是来自+d子目标的互补图像的不对称性测量的结果(强度差)且a-d是来自-d子目标的互补图像的不对称性测量的结果(强度差)。iav是针对+1衍射阶和-1衍射阶两者对两个子目标+d、-d的强度测量的结果的平均值。

对于厚叠层，不存在平均值将引起强且稳定的叠层灵敏度的足够大roi。另外，当前图像识别算法通过识别均一区域而起作用，但在厚叠层中，围绕目标的界限变得平滑且模糊，从而使roi检测较困难。

图7图示这种效应。图7(a)示出包括被布置用以形成薄光栅对或目标720的顶部光栅720a和底部光栅720b的一对结构的照射之后的入射测量辐射700和散射辐射710。为清楚起见，仅示出单个路径，但实际上将存在多个路径。图7(b)示出包括被布置用以形成厚光栅对或目标740的顶部光栅740a和底部光栅740b(以供形成)的一对结构的照射之后的入射测量辐射700和散射辐射730。在每种情况下，示出了针对所测量散射辐射而得到的所捕获的图像750a、750b，以及(例如，单个衍射阶的)强度与(x或y中的)位置之间关系的相对应的图形760a、760b。

在两个附图中，为清楚起见，仅示出单个路径，但实际上将存在多个路径。因为在顶部光栅720a、740a处，接着在底部光栅720b、740b处，并且再次在顶部光栅720a、740a处的连续衍射/反射/透射事件，会产生许多不同的光学路径，辐射可能在每个衍射事件的情况下以不同角度衍射。因此，除了所示出的光学路径以外，也在目标内部存在光学路径且所述光学路径表现相似(即，将存在无叠置的区、顶部－底部叠置的区、以及顶部－底部－顶部叠置的区)。而且，将存在从所述顶部光栅反射的一些辐射，从而产生与区a、a'部分地叠置并且仅在叠置区中携载重叠信号的另外的区。

在图7(a)中，取决于通过所述目标的辐射的路径，已将散射辐射710划分成被标注为a、b和c的区。从已采取穿过所述顶部光栅720a、达到底部光栅720b上、且返回穿过顶部光栅720a的路径的测量辐射700产生了被标注为a的最大的区。因为这个区中的辐射已经受相同的散射结构并是相对于图像相对较大的，所以其强度在所述区上将是相对稳定的，如由图像750a的区和被标注为roi的图形760a所示出。从已采取穿过顶部光栅720a、达到底部光栅720b上、且并不再次穿过顶部光栅720a的路径的测量辐射700产生了被标注为b的区。因为这些区a、b中的两者都由顶部光栅720a和底部光栅720b两者散射，所以它们将各自包含重叠信息。被标注为c的区已仅由顶部光栅720a散射，并且因此不包括重叠信息。

图7(b)示出针对厚光栅对或目标等效的情形。可以看出，区a'比图7(a)中的等效区小得多。此外，不包括重叠信息的区c'比图7(a)中的等效区c大得多。由于大小有限的孔，入射测量辐射700以多个入射角度到达目标，这意味着得到的图像沿测量辐射的传播方向变得模糊(展开或散开)，光栅之间的距离会加剧这种散布。遵循每个衍射事件的多个光学路径(由于多个衍射角度)进一步使目标的图像复杂化。这种情形的结果由图像750b图示，其示出强度在x/y对角线上的这种散开，并且在图形760b中可以看出不存在具有稳定强度的区，且因此，不存在可供从其获取平均值的良好roi。应注意，图像750b的散布方向取决于量测设备和孔配置，对于其它量测设备和孔配置，散布可以沿不同的方向；例如，沿光栅轴线(例如，针对x光栅的x轴)。

为解决这种问题，提出一种方法，由此按计算方式在第一结构或第一光栅(例如，在第一层中为底部光栅)与第二结构或第二光栅(例如，在第二层中为顶部光栅)之间形成了叠置，并且因此形成干涉，而不是通过测量已传递穿过所述光栅两者的辐射的实际干涉。如果已知传递穿过顶部光栅并且传递穿过底部光栅的辐射的完全场(至少相位和振幅，可能还有偏振和/或相干性(时间上和/或空间上))，则这是可能的。这种信息目前例如当使用诸如在2017年10月5日提交的专利申请ep17194905.0、2017年11月2日提交的ep17199764.6、2017年12月13日提交的ep17206967.6或2018年2月27日提交的专利申请ep18158745.2中所描述的那些之类的计算成像(ci)技术时是可用的，这些申请以引用的方式而被合并入本文中。在ci中，典型的量测装置的高品质和高na成像光学器件被简单的单个透镜置换，例如在图像传感器上创建所述量测目标的相对变形的和/或有像差的图像的所述简单的单个透镜。可以当已知了所述传感器上的光的完全场(强度和相位两者)时通过直接相位分辨测量(例如，全息显微法)、或者通过相位恢复方法或相位获取方法(仅从强度测量来恢复/获取相位)来获取量测目标的近乎完美的图像。在相位分辨测量中，可以通过使用全息设定和关于成像系统的应用知识来观测所述传感器上的完全电场。相位获取方法可以使用相位获取算法以及与成像系统和/或量测目标相关的先验知识。合适的相位获取方法的示例已描述于上述专利申请ep17194905.0、ep17199764.6和ep17206967.6中。

得知由目标所衍射的光的振幅与相位两者能够实现对重叠的计算，例如，即使当来自底部光栅和来自顶部光栅的衍射光仅部分地叠置、从几何视角来看完全不叠置(但由于(部分)相干的点扩散函数的大小而仍相互作用)，或从几何视角来看完全不叠置(且也由于(部分)相干的点扩散函数的大小而不直接地相互作用)时。在后一情况中，需要所测量的相位信息的绝对校准以能够实现光栅的相对位置(即，重叠)的计算。

遍及整个本说明书中，术语“叠置”(在光栅是否(全部地或部分地)叠置的情境中)应被理解为是相对于测量照射的入射角(路径方向)而言(即，它们是否在测量照射的照射路径中叠置)。例如，晶片的俯视图可以示出未叠置的一对结构；然而，由于光栅之间的距离和照射的角度，在所检测的图像中，两个结构可以有效地完全叠置。在这样的示例中，所述结构将要被视为在本公开的情境中是叠置的。如此，光栅对之间的叠置程度将取决于入射角和叠层。

一种方法可以包括分开地检测第一辐射的至少一部分(即，由第一结构散射的辐射)和第二辐射的至少一部分(即，由第二结构散射的辐射)。这可以例如通过同时将第一辐射和第二辐射成像在检测器的单独的区上(或成像在单独的检测器上)来在单次采集中实现。所述方法可以包括获得至少一个目标的图像，包括至少第一区和至少第二区，在第一区中辐射已仅由底部光栅散射、在第二区中辐射已仅由顶部光栅散射(替代地，可以在单独的图像中捕获顶部光栅和底部光栅散射)。所述方法随后包括至少确定针对这些区的辐射的相位(且可能还确定其它特性，诸如振幅和/或偏振和/或相干性)，从而获得描述仅由第一(例如，底部)光栅所散射的第一辐射的第一电场的描述和描述仅由第二(例如，顶部)光栅所散射的第二辐射的第二电场的描述。接着可以按计算方式传播并且干涉第一电场和第二电场，以获得包括对于干涉电场的描述的按计算方式确定的干涉电场(即，从第一电场和第二电场的干涉得到的按计算方式导出的电场)。可见，图7示例实际上并没有示出仅由底部光栅散射的区。存在可以在图像中获得这样的区的数种方式。可以将底部光栅制作成较大的和/或将其定位成具备关于顶部光栅的偏移(在平行于衬底平面的平面中)(例如，从而使得光栅仅部分地叠置或完全不叠置)，和/或可以使用较大的入射角(相对于法线)。

叠层光栅结构(重叠目标)的常规照射导致由目标进行的照射辐射的散射。散射辐射中的得到的衍射阶包括描述组成每个目标的两个光栅之间的重叠的信息。散射光场由来自顶部光栅(由顶部光栅衍射场et描述)和来自底部光栅(由底部光栅衍射场eb描述)的衍射组成。应注意，这些衍射场中的两者由复数描述，其也由它们的下划线符号表示。应了解，全矢量散射情况的扩展对于在本领域中技术人员而言不足道。更特别地，检测平面处的完全场e将包括顶部光栅和底部光栅衍射场的干涉，即，总和e＝et+eb(在常规理想测量的结果中忽略目标内部的较高阶散射)。

因此提出，在一个实施例中，可以通过将第一电场和第二电场一起求和而按计算方式导出干涉场。如本领域技术人员将明白的，组合所述电场(即，对它们的干涉进行建模)的其它较复杂的方法也是可能的。这种建模可以使用散射模型、或逆散射模型。例如，这些方法可以考虑目标内的较高阶散射。

上述描述在解决测量厚叠层(即，在z方向上的大间隔)的问题的情境下被提供，尤其在使用基于衍射的重叠技术时。然而，所述方法可以适用于一定数目的其它情境，诸如，当两个光栅在例如衬底平面中(在x和/或y中)被分隔开时。可以设想以下布置：

·1)光栅完全叠置。

·2)光栅部分叠置。

·3)光栅并不叠置，但它们的分隔距离(例如，在衬底平面中)很小，其中在这种情境下，小可以意味着所述分隔距离(在衬底平面中)关于照射光的空间相干长度而言并不大；更具体地，所述分隔距离不大于空间相干长度。

·4)光栅并不叠置，它们的分隔距离较大，其中在这种情境下，大意味着所述分隔距离(在衬底平面中)关于照射光的空间相干长度而言较大；更具体地，所述分隔距离大于空间相干长度，并且不存在介入结构。

·5)顶部光栅与底部光栅之间的分隔距离很大，但它们之间存在至少一个辅助参考结构(例如，参考光栅)，从而每个光栅与其相邻的参考结构之间的距离很小，正如相邻的参考结构之间的距离(其中存在多于一个相邻的参考结构)，其中小如上文布置3)中所定义的。

应注意，空间相干长度涉及光学器件的点扩散函数的大小；通常这个数将是由数值孔径划分的波长的约十倍。本文中所描述的原理可以扩展至其中由第一光栅所散射的辐射与由第二光栅所散射的辐射之间存在明确限定的相位关系从而使得将要按计算方式干涉的场是相干的(或至少充分相干的)的任何布置。在上文1)、2)和3)的示例中，相位关系将由于光栅的非常接近而固有地被充分定义。在4)的示例中，不必要如此(尤其当使用暗场检测方案时)，这是因为来自第一光栅和第二光栅的照射之间将存在如在传感器上所检测的间隙，其中强度为零。这意味着对于这种布置，相位关系可能被不恰当地或不明确地定义。布置5)通过复原第一光栅与第二光栅之间的相位关系来解决这种问题。其通过借助于将一个或更多个辅助参考光栅放置于第一光栅与第二光栅之间而有效地桥接所述间隙来进行这种操作。应注意，这些参考光栅可以包括与顶部和底部光栅相同的间距(由于使用有限数值孔径检测光学器件的暗场检测)。用于桥接所述传感器上的间隙的另一方法可以包括利用一些有意的散焦来执行测量(其可以使用计算成像方法来按计算方式重新聚焦)。这种散焦将加宽所述传感器上的散射辐射散布(区域)，从而有效地增加空间相干长度。

在实施例中，第一光栅和第二光栅可以被形成在同一层中(即，在z方向上没有分隔开)。取决于可以在光刻设备的单一曝光中被曝光的最大区域(最大扫描场区)，可以在拼接在一起的两次(或更多)曝光中曝光单个电路/器件层(拼接管芯)。为了测量拼接管芯的两个子场的对准，可以形成拼接光栅对或拼接目标，所述拼接光栅对或拼接目标可以包括第一子场上的第一光栅(例如，从第一掩模版图案化)和第二子场上的第二(互补)光栅(例如，从第二掩模版图案化)。可以随后测量互补图案的相对定位以提供两个子场(“拼接重叠”)的相对定位的测量结果或量度。应注意，在这种情境下，“拼接重叠”不是其中不测量位于不同层中的结构的对准的常规重叠。然而，在本公开的情境下，术语“重叠”应理解为除常规重叠之外也包括这种拼接重叠；即，术语重叠包括第一结构与第二结构之间的相对横向位移的测量结果或量度，无论这些结构是被包括在不同层中或同一层中。应进一步理解，虽然通常情况下拼接目标的两个光栅在其中子场叠置的小的区域中形成叠置(类似于常规重叠目标)，但本文中所描述的方法启用其它布置，诸如由上文布置1)、2)、3)和5)所描述的。这意味着拼接管芯可以由不叠置的子场形成(或叠置的量可以减小)，由此增大所述拼接管芯的有效的最大大小。可以接着按计算方式将两个光栅放置于(实际上)彼此上方，以缓解极其微弱的不对称性信号的问题(当抗蚀剂层非常薄时例如在euv光刻中的问题；较厚的抗蚀剂将不一定产生这些微弱信号)，在该情况下，所述信号仅在两个光栅之间存在竖向间隔时才是能够测量的。例如，按计算方式干涉所述电场(例如借助于求和，作为示例)，但针对(至少)一个光栅定义部位偏移，从而其“实际上”位于其它光栅上方。随后，针对每个部位来对场进行求和，并且计算强度。

在特定实施例中，拼接目标可以包括的每方向的两个(子)目标(例如，以与基于衍射的重叠(dbo)目标类似的形式布置于象限中。两个(子)目标可以每方向包括第一曝光光栅和第二曝光光栅，其中第一曝光光栅和第二曝光光栅中的一个曝光光栅(或两者)具有(不同)偏置，以使得能够在使用类似于dbo量测中所用的那些的方法来校正其它目标不对称性的同时计算所述拼接重叠。

通过使用此方法，可以计算关注的基于不对称性的参数(尤其，包括拼接重叠的重叠)。除按计算方式导出干涉电场而不是直接使用传感器感测实际干涉场的步骤之外，另外可以采用用于确定重叠的常规方法。例如，一个这样的常规方法可以包括(按计算方式)确定相对应的衍射阶的强度(例如，+1阶和-1阶，虽然也可以使用一对较高阶)，并且接着从按计算方式确定的干涉电场确定强度不对称性(例如，它们的差)。更特别地，可以用这种方式从两对或更多对结构(例如，两对光栅或具有不同强加偏置的目标)来测量强度不对称性，以便确定重叠灵敏度(强度不对称性与重叠之间的关系)。这些方法是已知的，并且在例如以引用的方式而被合并入本文中的wo2015/018625中加以描述。然而，所述方法也允许用于计算待采用的重叠的改善方法。

另一方法可以基于按计算方式确定的干涉电场中的相对相位差来计算重叠。这通过执行相敏(完全场)测量且直接从相敏测量值确定所述重叠来实现。更特别地，可以经由对于在按计算方式干涉的较高衍射阶中的场不对称性(而不是仅强度不对称性)的确定，从对于由重叠所产生的相位延迟贡献的确定来计算所述重叠。应了解，来自顶部和底部光栅的两个衍射场et、eb之间的相对相位φ包括由于叠层的第一相位延迟贡献φstack和由于重叠ov的第二相位延迟贡献φov(包括任何有意偏置δ)，即，

φ＝φov+φstack

可以分别通过如下根据+1阶和-1阶的相对相位φ+和φ-来确定第二相位延迟贡献φov：

φ+＝φ+1st-φ+2nd＝φstack+φov

φ-＝φ-1st-φ-2nd＝φstack-φov

其中φ+1st是由第一光栅强加的相位差，并且φ+2nd是由第二光栅强加的相位差。

可以随后从第二相位延迟贡献φov确定重叠。因为相对相位被确定以按计算方式干涉第一电场和第二电场，所以已知了这些相对相位差φ+和φ-。因此，在实施例中(例如，其中光栅具有相同间距且使用具有相同照射特性的照射来测量)，所述方法可以包括确定所述干涉电场的+1阶和-1阶(或其它较高阶)的相对相位φ+和φ-，并且使用这些(例如，使用先前段落中的方程式)来计算第二相位延迟贡献φov，并且因此计算所述重叠。

可以用以从按计算方式确定的干涉电场(例如从一对光栅对或目标)确定重叠的另一方法描述于上述专利申请ep18158745.2中。这种方法描述从干涉电场的按计算方式导出的描述来确定场不对称性(例如计算互补的较高阶之间的场差)。在这种实施例中，正在被测量的目标可以采取已知基于衍射的重叠(dbo)类型复合目标的形式，但应了解，本文中所描述的构思适用于使用任何合适的目标设计的任何基于散射测量的量测。如此，所述目标可以包括两个(子)目标，或可选地每方向两个(子)目标：即，在x方向和y方向上用于捕获重叠的单独的目标对，所述两个目标在它们的被强加于分量光栅之间的有意偏置δ方面不同。在实施例中，两个目标可以具有不同的强加偏置δ1、δ2。然而，对于描述的其余部分而言，所提出的目标布置将包括具有有意的强加偏置δ的第一目标和不具任何有意偏置的第二目标。

在实施例中，利用空间相干辐射来照射每个目标。来自光栅e+、e_和e+δ、e-δ两者的+1和-1衍射阶的完全场可以被相干地确定(经由直接、全息和/或经由相位获取方法)。这些场包括：第一正的较高阶衍射场e+δ，其包括如从正衍射阶(例如，+1)所捕获的完全场，所述正衍射阶从第一(偏置)目标衍射；第二正的较高阶衍射场e+，其包括如从正衍射阶(例如，+1)所捕获的完全场，所述正衍射阶从第二(未偏置)目标衍射；第一负的较高阶衍射场e-δ，其包括如从负衍射阶(例如，-1)所捕获的完全场，所述负衍射阶从第一(偏置)目标衍射；和第二负的较高阶衍射场e_，其包括从负衍射阶(例如，-1)所捕获的完全场，所述负衍射阶从第二(未偏置)目标衍射。

在第一实施例中，提出针对绝对相干测量的算法。在这种实施例中，仅需要一个目标和两个绝对相位测量。可以从单个目标的+1和-1衍射阶的相干测量获取重叠，其条件为：已知了来自顶部光栅的衍射的绝对相移(这可以例如使用全息方法来确定)。为实现这种获取，应当以比期望的重叠分辨率更大的准确度来确定顶部光栅的x和z位置。x位置的确定可以从目标的图像导出。

在一个这样的实施例中，可以从以下来计算重叠引发的相移φov：

或从场不对称性(相对应的衍射阶的电场中的差)：

其中偏置引发的相移φδ＝2πδ。应注意，测量噪声可以使角度φov复杂。这可以通过确保角度始终为实值来解决。

在第二完全相干测量实施例中，不需要绝对相位确定。替代地，测量两个目标(例如，如以下所描述的：有偏置δ的第一目标和无偏置的第二目标)，并且捕获到四个衍射场e-、e-δ、e+、e+δ(即，与+1和-1衍射阶中的每个衍射阶相关的、以及来自目标中的每个目标的场)之间的相对相位。可以随后根据以下公式来计算重叠引发的相移φov：

其中偏置δ等于光栅间距p的一半(δ＝p/2)。这种特定偏置不是要求，但会简化针对重叠引发的相移φov的计算。这种方法可能最适于同时捕获+1衍射阶和-1衍射阶两者的量测布置；例如，关于目标将法向(或近法向)入射用于测量束的量测布置。针对这样的布置，可以相对简单地捕获四个场之间的相对相位。替代地，可以旋转晶片以测量正衍射阶和负衍射阶两者。

上文的实施例可以被改进成部分相干的测量实施例，以使得仅需要与正衍射阶e+、e+δ相关的衍射场之间的相对相位、以及与负衍射阶e-、e-δ相关的衍射场之间的相对相位的知识。这种实施例例如当使用利用离轴照射的量测布置时可能是有用的，其中测量束可以是距法线至多例如80度的任何情况。在这样的布置中，可以(例如，在单独的采集中)单独地采集正衍射阶和负衍射阶，并且因此它们之间的相对相位可能是不可以获得的。这样，在此实施例中，可以从场e+、e+δ的组合和场e_、e-δ的组合来获取重叠引发的相移φov。

在这种实施例中，针对偏置引发的相移φδ＝2πδ(其中δ项关于光栅间距而归一化)，可以根据以下公式计算重叠引发的相移φov：

其中复数z的正负号由sgn(z)＝z/|z|定义，并且如此具有确保不需要增阶与减阶(或正负阶)之间的相对相位的效果。

可以在如果选择了包括光栅间距p的一半(即，δ＝p/2)的经优化后的偏置δ的情况下将计算进行简化。在这样的情况下，方程式变为：

应了解，针对这种部分相干实施例，(即，检测器上的)所测量的图像中的对比度将低于针对完全相干实施例的对比度。然而，将获取同一相位信息(或如果使用全息术，则直接地被测量)。从而除针对对比度中的损失的归一化方面以外，与部分相干和完全相干的实施例相关的方程式是相同的。

在上文所有情况中，基于重叠引发的相移φov的确定，可以根据以下方程式从这种重叠引发的相移φov来计算实际重叠ov：

按照当前dbo方法，可以以目标光栅间距p为模来获取这种重叠。

将第一场和第二场(或与诸如图7中的区a和区c之类的不同叠置区域相关的场)组合以计算重叠还可以包括将所述场平移并且相加适当的相位因子。这种相位因子φtrans可以被定义为φtrans＝kout*dtrans，其中k-矢量kout与发射角度相关联，并且dtrans是平移距离。

目前，顶部和底部光栅需要平衡，使得对比度和衍射效率对于测量来说是最优的。这是因为这两个光栅中的(例如，在第一层中的)一个光栅通常可以相比(例如，在第二层中的)另一光栅产生强得多的信号。因此，为了使两个光栅平衡，较强的光栅可以例如通过使用子分段而以某一方式减弱。这种子分段对于(例如)可印制性和过程稳定性或鲁棒性方面不总是有利的。作为子分段的代替，本文中所描述的方法(要么通过使用全息技术的直接测量、或借助于相位获取进行获取，来确定单独的光栅的强度和相位，并且计算干涉)能够实现使用具有被优化用于为各单层提供最强和/或最强健或最鲁棒信号的形态的光栅，而不关注优化对比度。接着，可以在按计算方式确定干涉时通过(随后)按比例缩放电场中的一个电场来获得最优对比度。

通常，使用具有一个或更多个波长/偏振的辐射来测量重叠目标，其中单独地分析每个测量且将结果组合。对于一些结构，诸如3dx-点(与可堆叠的交叉网格化数据存取阵列相结合的储存器是基于体电阻的改变的难以控制的ram形式)，两个光栅之间的层可以是非常不透明的(至少对于光谱的可见或近红外部分，例如400nm至1000nm)，并且替代地可以必须使用较长的测量波长(例如，大于1000nm)。来自顶部光栅(其为抗蚀剂中的光栅)的信号将随着波长增大而逐渐变弱。将会期望更好地平衡构成这种目标的两个光栅的测量。

本文中所披露的计算干涉技术能够实现将照射辐射和光栅间距进行优化以最大化针对每个光栅的所捕获的信号强度的可能性；例如，使用第一波长λ1来测量具有第一间距p1的第一(底部)结构，并且使用第二波长λ2来测量具有第二间距p2的第二(顶部)结构。例如，可以使用较常规(较小)间距p2和第二波长λ2来测量顶部(第二)光栅。第二波长λ2可以(例如)是可见或(近)红外波长，更具体地，在400nm至1000nm的范围内，更具体地，仍处于700nm的区中。在实施例中，间距p2可以类似于或等同于用以测量所述间距的波长λ2(即，p2＝λ2)。这种常规波长的使用将意味着着，照射辐射将不会穿透不透明层，并且因此底部光栅将不会被测量；然而，可以针对顶部光栅对所述波长进行优化。可以利用第一较长波长λ1(例如，大于1000nm，更具体地，使得λ1＝2λ2；或在所给出的特定示例中的1400nm)来测量底部(第一)光栅，使其能够穿透不透明层。为捕获衍射阶，底部光栅的间距p1可以是使得p1＝λ1＝2p2。当使用这种第一波长辐射时，将不会捕获来自顶部光栅的衍射。正如本文中所披露的其它实施例，使用计算或全息技术进行顶部和底部光栅的测量中的每个测量以捕获强度和相位，其中它们的相应的场的干涉按计算方式被确定以获得重叠值。正如先前实施例，可以将按比例缩放应用于电场中的一个电场以优化对比度。

应注意，这种实施例应包括第一波长λ1与第二波长λ2之间针对计算成像传感器的相位和传输校准。这可以通过测量具有多个波长的一个或更多个光栅，并且接着组合所获得信息以确定介于波长λ1与λ2之间的计算成像传感器的振幅与相位关系来完成。以这种方式，可见所述计算成像传感器类似于(本地或局部)对准传感器来操作，与使用两个(不同)波长λ1和λ2的顶部和底部光栅之间的相对位置有关。

在另一个实施例中，可以采用混合型方法，由此，可以与由多个单一光栅中的每个光栅使用本文中所披露的方法所散射的所感测辐射的计算干涉相结合，使用基于如所感测的实际干涉强度的常规技术来处理与已被两个光栅散射、且因此经受实际干涉的辐射相对应的所获取的图像的区。这种方法可以包括使用常规技术来从由已经历实际干涉的两个光栅所散射的辐射的所测量的强度计算第一重叠值，并且从如所描述的按计算方式所确定的干涉电场计算第二重叠值。在这样的方法中，一个重叠值可用作对另一重叠值的检测或检查，或第一重叠值和第二重叠值可以被平均化，并且平均化的重叠值用作最终重叠值。可选地，可以在平均化时应用加权，以便优化得到的最终重叠值的得到的信噪比。例如，可以向具有较好的信噪比的测量提供偏好/优先级。

用于测量或提取所需要的相对(或绝对)相位的任何方法可以用于上文方法中。现将作为示例来描述一些示例测量方案。在每种情况下，应使用空间(部分)相干照射。

可以采用计算成像/相位获取方法。在这样的方法中，从目标的一个或更多个强度测量获取目标的强度与相位。相位获取可以使用量测目标的先验信息或先前信息(例如，以用于被包括在形成起点以导出/设计相位获取算法的损失函数中)。替代地，或结合先前信息方法，可以进行多样性测量。为了实现多样性，可以在测量之间略微更改成像系统。多样性测量的示例是跨焦或离焦(through-focus)步进，即，通过获得在不同聚焦位置处的测量结果。用于引入多样性的替代方法包括例如使用不同照射波长或不同波长范围，调制所述照射，或在测量之间改变目标上的照射的入射角。

需要相位获取布置以确定两个目标之间的相对相位。通常，相位获取不必确保这一点。例如，因为存在不充足信息，所以这通常不可能仅来自最优聚焦处的单次测量的结果。可以当由两个目标所发射的场发生干涉时获得充足信息；然而，在焦点对准(in-focus)时，来自每个目标的衍射阶倾向于是狭窄的且因此不干涉来自另一目标的衍射阶。因此，为确保两个目标的相位关系被充分明确地定义，可以采用诸如上文所描述的那些的用以确保第一光栅与第二光栅之间的相位关系被充分明确地定义的方法。以这种方式，每个目标的两个光栅之间的相位关系、以及(例如，dbo型)复合目标的两个目标之间的相位关系将会被充分明确地定义。

相位获取自身可以基于前述专利申请ep17199764。这描述了根据强度测量结果确定相对应的相位获取，以使得目标和照射辐射的相互作用依据其电场(振幅与相位)来描述。强度测量可以具有比在常规量测中所使用的所述强度测量更低的品质，并且因此可以是如所描述的离焦。所描述的相互作用可以包括紧靠目标上方的电场和/或磁场的表示。在这种实施例中，借助于在与目标平行的平面中的(例如，二维)表面上的无限小电流和/或磁流偶极，所照射的目标电场和/或磁场图像被建模为等效源描述。这种平面可以是例如紧靠目标上方的平面，例如，根据瑞利(rayleigh)准则焦点对准的平面，但模型平面的部位并不重要：一旦已知一个平面处的振幅与相位，则它们可以按计算方式传播至任何其它平面(焦点对准、离焦或甚至光瞳平面)。替代地，描述可以包括目标或其二维等效物的复合传输。

相位获取可以包括对于照射辐射与目标之间的相互作用对衍射辐射的影响进行建模以获得经建模的强度图案；并且优化所述模型内的电场的相位和振幅以便最小化经建模的强度图案与所检测的强度图案之间的差异。更特别地，在测量采集期间，在检测器上(在检测平面处)捕获(例如，目标的)图像，并且测量其强度。相位获取算法用来确定在例如与目标平行(例如，紧靠目标上方)的平面处的电场的振幅与相位。相位获取算法使用传感器的前向模型(例如考虑到像差)来按计算方式使目标成像，以获得针对在检测平面处的场的强度和相位的建模值。不需要目标模型。建模强度值与检测强度值之间的差依据相位和振幅(例如，以迭代方式)被最小化，并且得到的相对应的建模相位值被视为所获取的相位。

用于获取相位所需的信息可以来自多样性(多个多样的测量或图像)。替代地或组合地，先前(目标)知识可以用于约束相位获取算法。先前知识例如可以被包括在形成起点以导出/设计所述相位获取算法的损失函数中。在这种实施例中，先前知识可以基于某些观测；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，使用多于一种照射条件的测量，例如，多波长测量)中或从已经描述的多样性测量(不同聚焦水平等)获得多个图像。可观测到，对于每个图像，目标基本上包括类似的形式。具体地，每个所获得的目标图像针对每个关注区具有相同或非常类似的位置和形状。例如，在目标为x和y方向复合目标时，所述x和y方向复合目标具有当前所使用dbo目标的一般形式，每个图像将通常包括具有与构成复合目标的每个目标的位置相对应的相对地扁平的强度分布(例如，较大的方形图案的每个象限中的相对地扁平的强度分布)的相对较高强度区。可以例如借助于全变分或总变差(totalvariation)或矢量全变分(vectortotalvariation)正则化的一般化(即，将l1惩罚值强加于目标图像的梯度上)来采用图像之间的这样的相似性。这种矢量一般化的益处在于，其在例如不同照射条件之间引入耦合。

应清楚的是，在相位获取中可以使用多样性、先前目标知识、或两者。在充足多样性的情况下，不应必需基于先前目标知识来强加约束以确保收敛。同样，通过使用先前目标知识来约束所述相位获取算法，多样性(例如，在散焦的不同水平处的测量)不应是必需的。可以通过使用多样性以及强加先前目标知识约束两者来获得收敛的较大准确度或较好的保证。用于执行这种方法的量测设备可以例如采取图5(a)中所图示的所述量测设备的形式。然而，这种仅是说明性的，并且可以使用任何适合的基于散射测量的量测装置。

对于厚的叠层，顶部光栅与底部光栅之间的距离可以较大(即，与焦深相比较大，例如，针对焦深的瑞利准则)。此处提出了，待干涉的两个电场中的每个电场被定义于它们的相应的最佳和/或最优聚焦处；例如，定位在与底部光栅的部位一致的位于z水平处的第一平面上的第一电场被限定于所述第一平面的最佳聚焦处，并且定位在与顶部光栅的部位一致的位于z水平处的第二平面上的第二电场被限定于所述第二平面的最佳和/或最优聚焦处。类似地，如果存在两个以上光栅，则所有光栅可以针对它们的相应的z水平被限定于它们的最优和/或最优聚焦处。最优聚焦可以是最优聚焦(即，最清晰的聚焦)，或可以是额外考虑了清晰度、或出于除清晰度以外(例如，过程变型稳定性或鲁棒性)的考虑的另一最优聚焦。前述专利申请ep17194905.0、ep17199764.6和ep17206967.6描述可以用以在不同深度水平/聚焦水平处计算复杂场的算法(例如，先前知识算法，诸如l1范数)，和可能的重新成像技术。

如所描述的在两个不同平面上在目标水平处定义所述电场导致了未知数的量的加倍。可以使用诸如有利于每个图像的锐化的l1范数的所描述的先前知识的相位获取技术来对所有未知数求解。这种情况的优点在于，两个光栅中的每个光栅的第一电场和第二电场可以在它们的相应的最佳聚焦位置处被独立地表征。接着可以使用所描述的方法按计算方式干涉这些第一电场和第二电场，例如用以推断重叠。成为最佳聚焦的优点在于相邻产品结构的影响被最小化(这是因为点扩散函数在最佳聚焦处是最紧密的)。因此，所描述的双聚焦方法会造成改善的过程稳定性。

作为按计算方式获取相位的替代方案，可以使用数字全息显微术布置来提取必要的相位信息。在这样的布置中，已知参考场(例如，来自参考激光束)与来自衍射阶+1、-1(从每个光栅衍射)的目标场以相干方式组合于传感器上。将来自组合场(例如，来自传感器上的额外的条纹)的所测量的强度例如使用适合的计算机算法分解成参考场和目标场。这自然地提供了目标场的强度和相位，从其获得来自每个光栅的衍射阶之间的相位关系。数字全息显微法允许在没有任何先前目标知识的情况下从单个测量确定相位，并且甚至能够进行绝对相位测量。

虽然上文示例关于重叠进行描述，但本发明同样适用于基于诸如包括(至少)两个光栅的目标结构中的测量不对称性的任何量测。虽然重叠是可以用这种方式测量的关注的特性的一个示例，但其它示例可以包括聚焦和/或剂量。这些可以例如从利用取决于聚焦或剂量的不对称性而进行曝光的目标来测量得到，所述取决于聚焦或剂量的不对称性可以被返回测量并且根据其确定曝光聚焦位置和/或剂量。本文中的构思可以应用于的关注的特性的另一示例是epe(边缘放置误差)，它是重叠的更复杂形式(例如，重叠和临界尺寸均一性的组合)。

在后续被编号的方面中披露了另外的实施例：

1.一种用于获得对由一对结构散射辐射进行描述的按计算方式确定的干涉电场的方法，所述一对结构包括位于衬底上的第一结构和第二结构，所述方法包括：

确定与由所述第一结构散射的第一辐射相关的第一电场；

确定与由所述第二结构散射的第二辐射相关的第二电场；和

按计算方式确定所述第一电场和所述第二电场的干涉，以获得按计算方式确定的干涉电场。

2.根据方面1所述的方法，其中所述按计算方式确定的步骤包括：组合第一电场与第二电场。

3.根据方面2所述的方法，其中所述组合第一电场与第二电场包括：对第一电场与第二电场求和。

4.根据方面1所述的方法，其中所述按计算方式确定的步骤包括：使用散射模型或逆散射模型对第一电场和第二电场的干涉进行建模。

5.一种根据任一前述方面所述的方法，其中所述方法包括：

执行所述第一辐射和第二辐射的强度测量；和

确定与所述第一辐射和第二辐射相关的相位信息。

6.根据方面5所述的方法，其中所述相位信息至少包括第一辐射与第二辐射之间的相对相位。

7.根据方面5或6所述的方法，其中所述强度测量包括所述第一辐射和第二辐射的较高衍射阶的强度测量，并且所述确定相位信息包括：依据所述强度测量执行相位获取确定。

8.根据方面7所述的方法，其中所述相位获取包括针对第一结构和第二结构中的每个结构执行：

对入射照射辐射与所述结构之间的相互作用对散射辐射的影响进行建模，以获得针对检测平面处的相位和强度的建模值；和

优化第一电场或第二电场中的相对应的一个电场的相位和强度，以便最小化建模强度与检测到的所述强度测量的结果之间的差异。

9.根据方面5所述的方法，其中所述确定相位信息包括：基于已知参考场执行所述第一辐射和第二辐射的较高衍射阶的全息显微术测量。

10.根据方面5至9中任一项所述的方法，所述方法包括：执行至少第一电场或第二电场的相对缩放，以在按计算方式确定所述干涉时优化对比度。

11.根据方面5至10中任一项所述的方法，其中第一结构和第二结构各自具有分别针对所述第一辐射和所述第二辐射的信号强度和或信号稳定性优化的形式。

12.根据方面10所述的方法，其中使用具有针对所述第一辐射的信号强度和/或信号稳定性优化的第一波长的第一入射照射辐射来照射所述第一结构以获得所述第一辐射，并且使用具有针对所述第二辐射的信号强度和/或信号稳定性优化的第二波长的第二入射照射辐射来照射所述第二结构以获得所述第二辐射。

13.根据方面12所述的方法，其中所述第一结构与所述第二结构之间存在一个或更多个不透明层，所述一个或更多个不透明层对于所述第二波长是不透明的，并且其中所述第一波长充分长以穿透所述一个或更多个不透明层。

14.根据方面12或13所述的方法，其中所述第一波长是所述第二波长的两倍，并且所述第一结构的间距是所述第二结构的所述间距的两倍。

15.根据方面12、13或14所述的方法，所述方法包括：执行相位和传输校准，以校准具有所述第一波长的所述第一入射照射辐射与具有所述第二波长的所述第二入射照射辐射之间的感测。

16.根据任一前述方面所述的方法，其中至少所述第一电场和所述第二电场各自针对对应的各自的最佳和/或最优焦点位置来确定。

17.根据任一前述方面所述的方法，其中分开地检测所述第一辐射的至少一部分和至少所述第二辐射的一部分。

18.根据任一前述方面所述的方法，其中所述第一结构和所述第二结构至少部分地在入射照射辐射的方向上叠置。

19.根据方面18所述的方法，其中所述第一结构和第二结构中的一个结构大于另一个结构和/或相对于另一个结构偏移，以便使得能够在单次采集中捕获所述第一辐射和所述第二辐射的强度测量的结果。

20.根据方面1至17中任一项所述的方法，其中所述第一结构和所述第二结构在入射照射辐射的方向上不叠置，并且所述第一结构和所述第二结构在所述衬底的平面中的分隔距离不大于用以照射所述一对结构以获得所述第一辐射和第二辐射的入射照射辐射的空间相干长度。

21.根据方面1至17中任一项所述的方法，其中所述第一结构和所述第二结构在入射照射辐射的方向上不叠置，并且所述第一结构和所述第二结构在平行于所述衬底的平面中的分隔距离大于用以照射所述一对结构以获得所述第一辐射和第二辐射的入射辐射的空间相干长度，所述衬底包括介于所述第一结构与所述第二结构之间的一个或更多个辅助参考结构，使得所述第一结构、所述第二结构和所述一个或更多个辅助参考结构的相邻结构之间的分隔不大于用以照射所述一对结构以获得所述第一辐射和第二辐射的入射辐射的空间相干长度。

22.根据任一前述方面所述的方法，其中所述第一结构和所述第二结构被包括在所述衬底上的不同层中。

23.根据方面1至21中任一项所述的方法，其中所述第一结构和所述第二结构被包括在所述衬底上的相同层中，并且所述一对结构形成用于测量拼接管芯的相邻子场的相对对准的拼接目标。

24.根据任一前述方面所述的方法，其中所述第一电场、第二电场和按计算方式确定的干涉电场关于强度和相位来描述。

25.根据方面24所述的方法，其中所述第一电场、第二电场和按计算方式确定的干涉电场还关于偏振、时间相干性和空间相干性中的一个或更多个来描述。

26.根据任一前述方面所述的方法，所述方法包括：依据所述按计算方式确定的干涉电场确定与所述一对结构相关的关注的特性。

27.根据方面26所述的方法，其中所述关注的特性包括对所述第一结构与第二结构之间的相对横向位移进行描述的重叠。

28.根据方面26或27所述的方法，其中所述关注的特性从所述按计算方式确定的干涉电场的相对应的较高衍射阶的至少强度的不对称性来确定，如按计算方式从所述多对结构中的一对或更多对结构所确定的。

29.根据方面26、27或28所述的方法，其中所述方法包括：

确定所述按计算方式确定的干涉电场的关注的特性引发的相位改变贡献；和

从所述关注的特性引发的相位改变确定所述关注的特性。

30.根据方面29所述的方法，其中从所述按计算方式确定的干涉电场的相对应的较高衍射阶的相对相位差确定所述关注的特性引发的相位改变，正如从所述多对结构中的一对或更多对结构按计算方式所确定的。

31.根据方面29所述的方法，其中从所述按计算方式确定的干涉电场的相对应的较高衍射阶的所述电场中的不对称性确定所述关注的特性引发的相位改变，正如从所述多对结构中的一对或更多对结构按计算方式所确定的。

32.根据方面29所述的方法，其中针对两个相对应的较高衍射阶中的每个相对应的较高衍射阶，从与第一目标相对应的按计算方式确定的第一电场和与第二目标相对应的按计算方式确定的第二电场的差确定所述关注的特性引发的相位改变；其中所述第一目标与所述第二目标之间存在相对偏置差。

33.根据方面26至32中任一项所述的方法，所述方法包括：根据所述按计算方式确定的干涉电场来确定第一关注的特性值，并且根据从所述第一电场和所述第二电场的实际干涉产生的相对应的感测到的干涉电场来确定第二关注的特性值；以及将所述第一关注的特性值与所述第二关注的特性值组合以获得最终关注的特性值。

34.一种非暂时性计算机程序产品，所述非暂时性计算机程序产品包括用于使处理器引起根据任一前述方面所述的方法的执行的机器可读指令。

35.一种处理设备，所述处理设备包括用于使处理装置引起根据方面1至33中任一项所述的方法的执行的机器可读指令。

36.一种检查设备，所述检查设备包括根据方面35所述的处理设备。

37.根据方面36所述的检查设备，所述检查设备还包括：

衬底保持器，所述衬底保持器用于保持包括所述第一结构和所述第二结构的衬底，

投影光学器件，所述投影光学器件用于将照射辐射投影至所述第一结构和所述第二结构上；

检测器，所述检测器用于检测从已通过所述第一结构和所述第二结构散射的所述照射辐射得到的所述第一辐射和所述第二辐射。

虽然可以在本文中具体地参考在ic制造中光刻设备的使用，但应理解，本文中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。

虽然在本文中可以对在检查或量测设备的情境下的本发明的实施例进行具体参考，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)之类的对象的任何设备的部分。术语“量测设备”也可以指检查设备或检测系统。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，衬底上的结构的关注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结构的存在。

虽然上文可以具体地参考在光学光刻的情境下对本发明的实施例的使用，但将了解，本发明可以在情境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)。

虽然上文所描述的目标或目标结构(更通常地，在衬底上的结构)是出于测量的目的而专门设计和形成的量测目标结构，但在其它实施例中，可以对作为在衬底上形成的器件的功能性部分的一个或更多个结构测量关注的性质。许多器件具有规则的类光栅结构。如本文中所使用的术语结构、目标光栅和目标结构不要求已具体针对正被执行的测量来提供结构。另外，量测目标的间距p可以接近于散射仪的光学系统的分辨率极限或可能更小，但可以比通过目标部分c中的光刻过程制作的典型产品特征的尺寸大得多。在实践上，可以将目标结构内的重叠光栅的线和/或空间制造为包括尺寸上与产品特征类似的较小结构。

虽然上文已描述本发明的特定实施例，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明的权利要求的范围的情况下对所描述的本发明进行修改。