镜系统15的焦距处的后 投影光瞳平面11上，然而，光瞳平面可W替代地通过辅助的光学元件(未示出）在检测器上 重新成像。所述光瞳平面是在其中福射的径向位置限定入射角而角位置限定福射的方位角 的平面。所述检测器优选为二维检测器，W使得可W测量衬底目标30的两维角散射光谱。检 测器18可W是例如电荷禪合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的阵列，且 可W采用例如每帖40毫秒的积分时间。
[0053]参考束经常被用于例如测量入射福射的强度。为此，当福射束入射到分束器16上 时，福射束的一部分透射通过所述分束器作为参考束朝向参考反射镜14行进。然后，所述参 考束被投射到同一检测器18的不同部分上或替代地被透射到不同检测器上(未示出）。 [0化 4] 一组干设滤光片13可用于在如405-790皿或甚至更低（例如200-300nm)的范围中 选择感兴趣的波长。干设滤光片可W是可调的，而不是包括一组不同的滤光片。光栅可W被 用于替代干设滤光片。在下面的说明书中，术语"光"应该用W表示在散射仪技术中使用的 福射。用术语"光"表示在散射仪或其他任何量测技术中使用的福射并不表示将福射限制在 光谱的可见光范围。
[0055] 检测器18可W测量单一波长(或窄波长范围）的散射光的强度，所述强度在多个波 长处是分立的，或者所述强度在一个波长范围上被积分。进而，检测器可W独立地测量横向 磁场和横向电场偏振光的强度和/或在横向磁场和横向电场偏振光之间的相位差。
[0056] 能够采用给出大集光率的宽带光源（即具有宽的光频率或波长范围W及由此具有 大的色彩范围），由此允许多种波长的混合。在宽带混合中的分量具有例如A λ的带宽的情 况下，在分量之间提供至少2 Δ λ(即带宽的两倍）的间距可能是有利的。多个福射"源"可W 是已经被用光纤束分割的扩展福射源的不同部分。W运样的方式，角分辨散射光谱可W并 行地在多个波长处被测量。可W测量包含比二维光谱更多的信息的Ξ维光谱(波长和两个 不同角度）。运允许更多的信息被测量，运增加量测过程的鲁棒性(robustness)。运在ΕΡ1， 628，164A中进行了更详细的描述。
[0057] 衬底W上的目标30可W是一维光栅，其被印刷成使得在显影之后，所述条纹由实抗 蚀剂线构成。目标30可W是二维光栅，其被印刷成使得在显影之后，所述光栅由抗蚀剂中的 实抗蚀剂柱或通孔(孔桐)构成。所述条纹、柱或通孔可W替代地被蚀刻到所述衬底中。该图 案对于光刻投影设备(尤其是投影系统化)中的色差和照射对称度敏感，且运种像差的存在 将表明自身在所印刷的光栅中的变化。相应地，所印刷的光栅的散射测量数据被用于重构 光栅。一维光栅的参数(例如线宽和线形），或者二维光栅的参数(例如柱或通孔宽度或长度 或形状)可W被输入到重构过程中，所述重构过程由处理单元P诉良据印刷步骤和/或其他的 散射测量过程的知识实现。
[0058] 使用上述散射仪中的一个与例如目标30等目标结构及其衍射性质的模型结合，可 多种方式执行所述结构的形状及其他参数的测量。在第一种类型的过程中，如图5所 示，基于目标形状(第一备选结构）的第一估计计算衍射图案，并将该衍射图案与所观察到 的衍射图案对比。随后，模型的参数被系统地变化并且在一系列的迭代中重新计算衍射W 得出新的备选结构，并因此得出最佳拟合。在第二种类型的过程中，如图6所示，提前计算多 种不同的备选结构的衍射光谱W得出衍射光谱的"库"。然后，从测量目标观察的衍射图案 与所计算的光谱的库对比W找出最佳拟合。两种方法可W-起使用:从库可W获得粗拟合， 随后是迭代过程W找出最佳拟合。
[0059] 更详细地参照图5,将概括地描述执行目标形状和/或材料属性的测量的方法。该 描述中所述目标将设定为一维（1-D)的结构。在实际应用中，目标可W是二维的，并且所述 过程或处理因此进行适应性修改。
[0060] 在步骤502中：使用散射仪(例如上述那些散射仪)测量衬底上的实际目标的衍射 图案。所测量的衍射图案被前馈至计算系统，例如计算机。所述计算系统可W是上面提到的 处理单元PU，或者其可W是独立的设备。
[0061] 在步骤503中：建立"模型选配方案"，其用多个参数P1(P1、P2、P3等）限定目标结构 的参数化模型。运些参数可W在一维周期结构中例如表示侧壁的角、特征的高度或深度、特 征的宽度。下面的层和目标材料的属性也通过例如折射系数(在散射仪的福射束中存在的 特定波长条件下)等参数表示。重要的是，尽管可W通过描述目标结构的形状和材料属性的 几十个参数限定目标结构，但是出于用于下面的过程步骤的目的，模型选配方案将限定运 些参数中的多个W具有固定的值，而其他的参数是可变的或"浮动"的参数。为了描述图5， 仅可变参数被看作参数Pi。
[0062] 在步骤504中：通过设定浮动参数的初始值piW(gp，piW、p2W、p3W等）来估计模 型目标形状。每个浮动参数将在特定的预定范围内产生，如选配方案中限定的范围。
[0063] 在步骤506中：表示所估计的形状的参数与模型的不同元件的光学属性一起用于 计算散射属性，例如使用严格的光学衍射方法，例如RCWA或任何其他的麦克斯韦方程求解 方法。运得出所估计的目标形状的估计的或模型衍射图案。
[0064] 在步骤508、510中：所测量的衍射图案和模型衍射图案随后被对比，它们的相似性 和差异被用于计算模型目标形状的"价值函数"。
[0065] 在步骤512中：假定，价值函数表示所述模型在其精确地表示实际的目标形状之前 需要改进，则估计新的参数Ρι<ι>、Ρ2^、Ρ3< 3>等，并迭代地反馈至步骤506。重复步骤506-512。
[0066] 为了帮助捜索，步骤506中的计算可W进一步生成价值函数的偏导数，由此表示在 参数空间内该特定区域中增大或减小参数将增大或减小价值函数的灵敏度。价值函数的计 算和导数的使用在本领域中通常是已知的，运里将不详细描述。
[0067] 在步骤514中：当价值函数指示该迭代过程已经W期望的精确度收敛到一个解上 时，当前所估计的参数被报告为实际目标结构的测量结果。
[0068] 该迭代过程的计算时间极大地由所用的前向衍射模型确定，即，使用严格的光学 衍射理论由所估计的目标结构来计算所估计的模型衍射图案。如果需要更多的参数，则存 在更多的自由度。计算时间原理上随着自由度数量的幕而增加。在步骤506计算的所估计的 或模型的衍射图案可多种形式表示。如果W与步骤510中生成的所测量的图案相同的 形式表示所计算的图案，则简化了对比。例如，模型化的光谱可W容易地与通过图3的设备 测量的光谱对比；模型化的光瞳图案可W容易地与由图4中的设备测量的光瞳图案对比。
[0069] 由前面的图5开始整个说明书中，假定使用如图4所示的散射仪，将使用术语"衍射 图案"。本领域技术人员可W容易将所示教导适用于不同类型的散射仪，或甚至其他类型的 测量仪器。
[0070] 图6示出替代的示例过程，其中事先计算不同的所估计的目标形状(备选结构）的 多个模型衍射图案，并将其存储在库中用于与实际的测量对比。下面的原理和术语与图5所 描述的过程是一样的。图6过程的步骤如下：
[0071] 在步骤602中：生成库的过程开始。可W对每种类型的目标结构生成独立的库。所 述库可W根据需要通过测量设备的用户来生成，或由设备供应商预先生成。
[0072] 在步骤603中：建立"模型"选配方案，其用多个参数pi(pi、p2、P3等）限定目标结构 的参数化模型。需要考虑的事项与迭代过程的步骤503所需要考虑的事项相似。
[0073] 在步骤604中：例如通过生成全部参数的随机值来生成第一组参数piW、p2W、p3W 等，每一个参数在其预期的取值范围内。
[0074] 在步骤606中：计算模型衍射图案并将其存储在库内，由此由参数表示的目标形状 表示预期的衍射图案。
[00巧]在步骤608中：生成一组新的形状参数等。重复步骤606-608几十 次、几百次或甚至几千次，直到包括全部所存储的模型的衍射图案的库被认为足够完整为 止。每个所存储的图案表示在多维参数空间中的取样点。库中的样本应该W足够的密度构 成样本空间，使得任何真实的衍射图案将被充分接近地表示。
[0076] 在步骤610中：在生成库之后(但是也可W在之前），真实的目标30被放到散射仪中 并测量其衍射图案。
[0077] 在步骤612中：所测量的图案与存储在库中的模型图案对比W找出最佳的匹配图 案。可W对库中每个样本进行所述对比，或可W采用更为系统的捜索策略，W减小计算负 担。
[0078] 在步骤614中：如果找到匹配，则用W生成匹配的库图案的所估计的目标形状可W 确定为近似的物体结构。对应于匹配样本的形状参数被输出作为所测量的形状参数。可W 对模型衍射信号直接执行匹配过程，或可W在优化用于快速估计的替代的模型上执行匹配 过程。
[0079] 在步骤616中：可选地，最近的匹配样本用作起始点，提炼(refinement)过程用于 获得最终参数，用于报告。该提炼过程可W包括例如与图5中非常类似的迭代过程。
[0080] 提炼步骤616是否需要是实施者的选择问题。如果库被非常密集地采样，则迭代提 炼过程可W不需要，因为总是可W找到良好的匹配。另一方面，对于实际的应用运种库可能 太大。因此，实际的解决方案是对于一组粗参数使用库捜索，随后使用价值函数通过一次或 更多次迭代W确定更加精确的一组参数从而W期望的精确度报告目标衬底的参数。在执行 附加的迭代的情况下，增加所计算的衍射图案和相关的提炼参数组作为库中的新的记录项 (entry)是一种选择。W此方式，可W最初使用基于相对少量的计算工作的库，但是使用提 炼步骤616的计算工作建立较大的库。不管使用哪种方案，所报告的可变参数中的一个或更 多个的值的进一步提炼也可W基于多个备选结构的匹配的吻合度获得。例如，通过在两个 或更多个备选结构的参数值之间插值可W得出最后报告的参数值，其中假定运些备选结构 的全部或两者具有高的匹配得分。
[0081] 图7示出目标30的非常简单的形式和限定其形状的一些参数。衬底700,例如娃晶 片，承载由通过曝光和显影抗蚀剂材料层形成的多个平行的条纹形成的衍射光栅。目标光 栅不需要包括升起的条纹，其在图中示出并提出仅是作为示例。合适的特征包括直立的条 纹、接触孔等，它们通过光刻技术形成，或通过光刻W及其后的蚀刻、沉积W及其他工艺步 骤形成。选择条纹在此纯是为了简单起见。
[0082] 特征702表示构成光栅的结构中的一个结构的横截面。在抗蚀剂下面是层704,其 在通常的示例中将仅为娃晶片上的"原有的(native)"氧化物层，例如厚度为l-3nm。在真实 的产品中，在目标30下面可W设置有不同属性的许多层。在用抗蚀剂涂覆衬底和曝光之前， 在衬底上已经W已知的方式涂覆了抗反射BARC层706W改善所印刷的图案的品质。
[0083] 将要通过例如图5或图6中示出的过程测量的特征702的参数包括特征高度H1、中 间高度临界尺寸（中间CD或MCD)W及侧壁角度SWA。如果需要可W限定其他参数。如果将要 测量不对称度，则可W对左侧壁和右侧壁独立地限定SWA。诸如顶部倒角（top rounding)、 基脚(footing)或考虑线边缘粗糖度化ER)的涂层梯形等其他特征可W加入至模型中W提 高精确度。
[0084] 运些参数H1、MCD、SWA将W不同的方式对衍射图案作出贡献，运在用散射仪测量目 标30时可W观察到。影响衍射图案的其他形状参数是下面层706、704的高度(厚度），其分别 用H2、H3表示。除了几何参数之外，模型还可W包括光学参数。为了对目标建模并允许计算 模型