用于确定结构中的兴趣区域的参数的方法和系统与流程

本申请涉及光学计量领域，特别是涉及一种在对图案化结构的光学测量中用于确定结构中的兴趣区域的参数的方法和系统。

背景技术：

随着半导体技术的进步，缩小器件尺寸变成越来越复杂的任务。补充计量工具，允许测量能力的类似改进，对于这种发展的连续进程至关重要。

光学计量能够获取关于对具有小尺寸的图案特征(临界尺寸)的图案化结构进行表征的几何和材料性质的高度精准的信息。几个物理量通常由光学计量来测量并且尤其由光学临界尺寸(ocd)技术来测量。例如，光学反射测量法在单个(或一小组)入射方向和不同的偏振之上测量宽光谱的反射强度。此外，椭圆测量法允许访问关于在不同的偏振状态之间的相对相位的信息。

从图案化结构中散射的光的另一个重要属性是其相位，即，在入射与反射光束之间的相对相位。可以使用各种干涉测量技术测量这个相位。这些方法基于将光束分成两个部分，使得仅仅一个部分与样品相互作用(从样品中反射)。然后，反射光与光束的未与样品相互作用的第二部分(“参考光束”)重新干涉，并且精确地控制由这两个部分穿过的光路长度的差值。然后，由这两个光分量的干涉在检测平面内形成的干涉图案用于提取光谱相位。

用于测量相位的现有方法(包括干涉测量)非常精巧，需要具有基准的特殊测量设备，并且对环境(例如，系统振动)非常敏感。因此，这些方法无法常规地用于在线(in-line)ocd计量，而是习惯使用反射测量法和椭圆测量法的更稳健的方法。

技术实现要素：

在本领域中需要一种用于在具有小的图案特征的图案化结构上的光学测量中的新型方法。如上所述，从图案化结构中反射/散射的光的重要属性是其相位，即，在入射与反射光束之间的相对相位或相移。这种相移因入射光与结构的不同区域(例如，不同地图案化的区域、图案化以及未图案化的区域、具有不同材料层的区域等)的相互作用而不同。

进一步，相移因不同波长的入射光而不同，并因此，可以呈现光谱相移。图1示意性示出了“光谱相位”效应的原理。如图所示，具有不同波长λ1和λ2的两个光束入射在包括图案化结构的两个不同区域(图案化结构通常可以包括不同的图案化以及未图案化区域)的相同的照明点上，并且分别以不同的相移δφ(λ1)和δφ(λ2)从这些不同区域中反射。然而，应理解的是，在将单个照明波长λ用于照明两个不同的区域时，相移和不同，这是因为不同的区域引起不同的效应。这些相移携带了关于结构的性质的重要信息。因此，一般而言，结构的两个(或多个)不同区域的照明引起入射光与结构之间的两个(或多个)不同的相互作用，产生表示结构的性质的不同相移。

本发明提供了一种新型测量方法和系统，用于在图案化结构上的光学测量。本发明的技术提供了一种新型方法，用于测量在入射光束与其反射之间的相对相位(即，相位响应，例如，光谱相位)以及该能力的几个具体实现方式。这种新型方法是所谓的根据由结构的不同区域的光响应对某种照明(可以是单个或多个波长)的干涉形成的干涉图案的检测，并且分析检测的光，以确定相移，从而能够提取关于结构的数据的“自干涉”方法。

这种技术可以实现用于各种波长，并且可以生成每个波长的全光谱相位差，在此处称为“光谱相位”，可以用作光学表征的极为有价值的信息(且对于ocd计量重要)。具体而言，本技术具有抵抗系统振动的固有稳健性，避免其他干涉测量系统通常具有的测量不准确性的主要原因。

应注意的是，在本文中使用的术语“图案化结构”实际上是指分层结构，其中，结构的表面具有不同区域。术语“不同区域”分别是指图案化和未图案化(均质)区域、和/或具有不同图案的区域、和/或具有以及没有某个(些)层/膜的区域。

还应注意的是，在以下描述中，术语“测量点”是指从在结构上的照明点上反射的并且携带测量数据的检测光。测量点实际上是入射光与结构在照明点内以及由所检测的在检测器上的照明点的反射形成的点(检测或成像点)内的相互作用的结果。因此，通过测量点进行光学测量，该测量点被配置为使得检测点由照明点的光反射形成，该照明点至少部分覆盖结构的至少不同类型的区域。

因此，根据本发明的一个广义方面，提供了一种用于在图案化结构上进行光学测量的方法。所述方法包括：通过测量点在结构上进行大量光学测量，所述测量点被配置为提供从至少部分覆盖所述结构的至少两个不同区域的照明点反射的光的检测；所述测量包括检测从测量点内的所述至少两个不同区域的所述至少一部分反射的光的检测，所检测的光包括从所述至少两个不同区域的所述至少部分反射的至少两个复合电场的干涉，因此，表示所述结构的相位响应，携带关于所述结构的性质的信息。

照明包括垂直或倾斜入射模式或者它们二者。

优选地，为了改善相位数据的提取，利用相同的测量点配置(例如，相同大小的照明点)，但是覆盖的该结构的至少两个不同类型的区域不同，来进行多于一个的测量。这能够进行差分相位测量。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于在图案化结构上进行测量的系统，所述系统包括光学测量装置，其包括：

照明单元，其被配置和可操作用于将光聚焦在结构上的至少部分覆盖所述结构的至少两个不同区域的照明点上，从而使光从所述至少两个不同区域中的反射；以及

光检测单元，其收集包括所述至少两个不同区域的所述至少部分的光反射的光，因此，所收集的光包括由从所述至少两个不同区域反射的至少两个复合电场的干涉形成的干涉图案，因此，表示所述结构的相位响应，携带关于所述结构的性质的信息。

如上所述，优选地，利用至少部分覆盖的所述结构的所述至少两个不同区域不同来进行至少两个光学测量。顺次或者并行(使用检测单元中的位置敏感传感器)进行至少部分覆盖的所述结构的所述至少两个不同区域不同的所述至少两个光学测量。

在一些实施方式中，利用两个不同波长的照明来进行测量。在一些实施方式中，利用数个波长的照明来进行测量，因此，所检测的光表示所述结构的光谱相位响应。检测的光可以为位置和波长相关信号的形式。

在一些实施方式中，照明点的大小与由所检测的光形成的点明显不同。

光学测量装置通常被配置为与控制单元进行数据通信。控制单元被配置和可操作用于处理表示检测的光响应的数据，并且确定从所述至少两个不同区域反射的光的相对相位，从而能够确定所述结构的性质。

控制单元可以使用表示影响所述检测的相位响应的混合系数的数据，用于确定所述相对相位。可以作为已知的数据提供混合系数，或者可以在测量期间计算混合系数。

例如，在利用测量点的偏移位置的同时进行至少两个光学测量，从而可控制地修改影响所述检测光响应的混合系数的值，并且在所述检测的相位响应中提高关于结构的信息的量。可选地或附加地，利用至少一个测量条件的不同值来进行至少两个光学测量，从而可控制地修改所述检测的相位响应，并且在所述检测的相位响应中提高关于结构的信息的量。

在一些实施方式中，所述光学测量装置被配置和可操作用于在所述检测的光响应中分离te与tm偏振分量。

根据本发明的另一个广义方面，提供了一种干涉测量方法，包括：进行一个或多个光学测量，包括：使用照明光点照明结构，所述照明光点被配置为至少部分覆盖所述结构的至少两个不同类型的区域；并且检测从所述结构反射并且包括所述至少两个不同区域的所述至少部分的至少两个不同光响应的光，所检测的光包括由从所述至少两个不同区域反射的至少两个复合电场的自干涉构成的干涉图案，因此，表示所述结构的相位响应，携带关于所述结构的性质的信息。

附图说明

为了更好地理解在本文中公开的主题，并且例证实际上可以执行该主题的方式，现在参照附图，仅仅通过非限制性实例来描述实施方式，其中：

图1示意性示出了具有不同波长的光束与样品的相互作用，示出了这些光束从样品中反射的不同相移；

图2例证了本发明的自干涉方法的原理，其中，测量点整合了来自样品的一些不同类型的区域中的信息；

图3a是本发明的测量系统的方框图；

图3b示意性示出了用于不同点位置的同时光谱测量的光学方案，从而允许从单发(single-shot)测量提取光谱相位；

图4例证了光谱反射率和相位依赖于在si衬底的顶部由薄sio2膜形成的结构的膜厚度；以及

图5例证了使用光谱相位测量的计量技术，其中，在两个不同区域之间的光谱相位差由它们之间的几何图形和/或材料差异决定，并因此，可以用作高灵敏度探针。

具体实施方式

上述图1示意性示出了具有两个不同波长的光束与图案化结构的相互作用的一个实例，示出了这些光束从该结构中反射后的不同相移。

本发明提供了一种适合于在图案化结构上进行测量(包括计量)的测量系统，该系统使用从结构的不同照明区域中返回的光束的干涉，支持稳健性和精确的相位测量，例如，光谱相位测量。这种方法适用于包括大型均质(或者近似均质)区域的结构，这是ocd计量的常见情况。均质性的要求在此处是指每个区域内的测量结构是主要相同部件(图案的特征)具有小于系统的光学分辨率的间距的周期性结构或者真正空间均匀的分层堆积。光学系统的光学分辨率称为衍射极限点并且确定为λ/να，其中，λ是照明光束的波长，并且na是光学系统的数值孔径。下面更详细地讨论特定尺寸和均质条件。

参照图2，其示意性示出了本发明的测量技术的原理。如图中所示，图案化结构10具有不同类型的区域，即，不同图案化的区域、或图案化和未图案化的区域、不同分层区域。在这个特定的而非限制的实例中，示出了两种不同区域r1和r2，其中，类型1的区域r1是图案化区域，包括重复结构的周期性阵列，并且类型2的区域r2是包围区域r1的均匀外围，即，r2是未图案化的区域。选择一种照明方案(测量地点和测量点构成)，使得照明点ms覆盖(至少部分)不同类型的这两个区域r1和r2。

应理解的是，本发明的测量方案不限于这个特定实例，并且照明点可以覆盖多于两个区域，并因此可以从多于两个区域中同时收集测量信号。这是“自干涉”测量方案，其中，测量点整合不同类型的几个区域的信息。为了简单起见，在以下描述中，将讨论仅仅不同类型的两个区域位于测量点内的情况。

由从不同区域中返回(反射)的光分量构成的测量信号取决于每个区域的电场响应(返回的电场)以及它们之间的相对相位。应注意的是，在以下描述中，这种光响应称为与照明区域的反射相关联。然而，应理解的是，本发明不限于镜面反射，并且通常根本不限于反射模式，因此，在这方面的描述应在广义上解释为“响应于照明从照明的区域中返回/来自照明的区域的光”。

因此，在这个实例中，测量信号取决于从区域r1中反射的复合电场e1以及从区域r2中反射的复合电场e2。常用的反射计和椭圆计测量反射的强度，由i＝|e|²给出，因此，不能获得反射的光谱相位。实际上，椭圆计测量两个偏振分量te与tm之间的相位差，但是不能测量图1中所示的相位效应或光谱相位效应。

当测量方案被配置使得照明点覆盖(至少部分)多于一个区域时，反射率或强度itot不能简单地表示为这两个区域的单独反射率(强度)i1和i2的线性组合，即，

(1)itot≠c1i1+c2i2

这是因为来自这些区域的反射场干涉。

实际上，在很多情况下，测量强度由以下公式给出：

在以上方程式中，c1、c2以及c12是确定反射场在测量信号内如何混合的前因数，如下面进一步更具体地讨论的一般，并且φ是在从两个不同的区域中反射的场之间的相位差(例如，使用多个波长的情况下的光谱相位差)。

在该表达式中，测量的反射率是波长的函数，并且由两个区域(i1,2)的反射率(光响应)确定，但是重要的是，还取决于干涉项，其取决于光谱相位差φ(λ)，通常取决于由在不同区域处的不同相互作用造成的相位差。

测量的强度itot保持关于来自不同区域的反射场之间的干涉的信息。本发明提供了一种所谓的“自干涉”技术，使用测量强度对来自不同区域的反射场之间的干涉的这种相关性，提取相位信息，例如，光谱相位。因此，本发明的自干涉测量技术使用在单个样品的不同部分的光响应(效应)之间的干涉。应注意的是，这个自干涉技术的光学系统不会为了提取相位而需要系统内的内部参考光束。在这方面，这种方法与其他干涉测量方法内在地不同。

如上所述，前因数c1、c2以及c12确定反射场在测量信号内混合的方式，并且照此在此处称为‘混合因数’。

应注意的是，可以明确地计算混合因数，并且这些因数仅仅取决于光学系统特性，例如，数值孔径、主要像差和照明方案(koehler\临界)以及样品布局(samplelayout)，样品布局包括不同区域的横向尺寸及其相对于测量/照明点位置的布局。混合因数独立于在每个区域内的特定结构或应用(application)的细节(即，独立于图案和/或一个或多个层的材料成分的细节)。

这些因数可以独立于应用细节而先验计算或校准。在以下分析中，假设已知混合因数。

因此，应注意的是，混合因数ci是波长λ、测量光学器件oscharact以及点位置mslocation的某个函数fl(λ，oscharacl，mslocation)，并且独立于结构参数。换言之，混合因数由光学测量系统的配置和测量条件限定，从而可以在通过所述系统和所述条件对结构进行实际测量之前预先确定。反射场e1和e2是波长λ以及结构参数spar的函数f2(λ,spar)，但是独立于点位置：对点位置的完全相关性封装在点计算如何求和反射场，这由混合因数决定。此外，反射场取决于照明偏振(如果照明偏振的话)并且取决于所选择的收集偏振(theselectedcollectedpolarization)(例如，如果由分析仪确定)。混合因数完全是几何学的，并且独立于偏振。

发明人证明了，在不同区域比所使用的波长明显更大的情况下(ocd计量的情况如此)，测量信号到应用或结构相关的部分(e1,e2)以及光学系统和样品布局部分(c1、c2以及c12)的这种分解是有效的。

用于相位计量的本发明的原理可以通过各种光学计量技术(例如，光谱反射测量法、光谱椭圆测量法)实现。然而，在这种情况下，光学系统应适当地配置为满足照明方案/通道所需要的条件，并且在某些情况下，也适用于检测通道。

更具体而言，对于基于(光谱)相位的测量，照明和检测通道可以被配置为提供在测量下的结构上的点大小的期望配置。如果通过计算找出混合因数，那么虽然并非必须，但是可能有利的是，照明或收集几何点非常大，并且其他的较小。作为在光学系统设计中的标准，几何点尺寸由照明/收集场光阑确定。这些点中的一个通常需要较小，使得测量区域是有限的并且限定为兴趣目标。然而，在其他点明显大于相干长度(由λ/να给出)时，混合系数c1、c2以及c12变得更容易计算，并且对光学系统的特定光学属性和缺陷不太敏感。同样，如果通过计算找出混合因数，那么虽然并非必须，但是可能有利的是，使用koehler照明方案，其中，将光源放在照明通道的后焦平面上。而且，这并非严格要求，但是可以简化混合因数的计算及其对系统的一些光学属性的相关性。在一些实施方式中，可能有利的是，分离和测量结构对偏振状态te和tm中的每个的光的反射率(光响应)，这是因为这些提供了关于结构的额外信息。对于提供明显的偏振旋转的结构，测量整个琼斯矩阵元(entry)可获得额外利益。

关于测量地点，应注意的是，在一些实施方式中，关于结构布局的对测量位置的良好了解可能是优选的，这是因为定位误差可能造成所假定的混合因数具有误差，因此，造成测量数据的解释具有误差。因此，可能可取的是，成像通道提供关于测量点位置的精确反馈。

进一步，如果通过计算找出混合因数，那么应优选地考虑混合因数的计算受到系统像差的影响这一事实。在这种情况下，可以使用低像差(高质量)光学器件，或者可选地，可以表征(估计)这些像差，并且相应的数据用于混合因数的计算。本发明有利地规定，如果适当地表征光学系统像差，那么在计算混合因数时，人们可以完全解释所有系统像差(反射场的计算与应用分开)。

应注意的是，优选地，光学测量包括利用相同测量点(相同尺寸的照明和检测点)的两个或更多个测量，该相同测量点施加于同样的两个或更多个不同区域，但是照明点至少部分覆盖的这些区域不同。这能够进行差分相位确定。可以通过移动测量点顺序地或者使用在检测单元内的2d传感器并行地应用这种测量。

参照图3a，示意性显示了本发明的测量系统100的方框图。系统100包括光学测量装置102，其可连接(通过有线或无线信号传输)至控制单元104。控制单元104通常是计算机系统，尤其包括数据输入/输出设施104a、存储器设施104b以及处理器104c。在一些实施方式中，控制单元还可以包括各种控制器，用于控制测量装置的一个或多个光学部件的操作，例如，扫描控制器104d和/或照明控制器104e。光学测量装置102包括光源单元106、检测单元108以及聚焦和收集光学器件110。

光学测量装置102可以被配置为通过垂直入射来操作，在这种情况下，照明和检测通道部分重叠，因此，聚焦和收集光学器件包括位于用于朝着结构传播照明光并且传播从结构10中返回的光的共同光路内的光学部件。而且，在一些实施方式中，光学装置102包括分光光学器件112。例如。在垂直入射配置的情况下，分光光学器件可以包括分束器/组合器，用于在照明与返回的光束之间在空间上分离。应注意的是，分光光学器件112可以用于(与光学方案的垂直或倾斜配置无关)执行从结构中返回的光的光谱分割。进一步，如上所述，光学装置102可能包括一个或多个偏振器114。

控制单元104接收表示从测量点中返回的检测光的输入的测量数据。然后，分析测量数据，以检测混合因数，或者如图中的虚线所示，可以提供表示混合因数的数据，作为输入数据(混合因数的已知值)的一部分。然后，混合因数(从初步测量中预先已知或计算的)用于解释测量数据并且确定光谱相位。

根据本发明的一些实施方式，使用在不同的照明点位置依次进行的几个测量，确定光谱相位。然而，这对测量速度造成限制，因此，可能造成一些吞吐量降低。

对于某些应用优选的一种替代方法(例如，自动光学检查/测量)用于同时测量几个位置。这种方法涉及使用2d传感器，其中，同时登记在样品上的不同位置。

在图3b中示出了配置有光学方案的光学测量装置102的一个实例，该光学方案实现这种单发光谱相位测量。在这个特定的而非限制性实例中，光学方案使用倾斜入射。因此，聚焦/收集光学器件110包括独立的聚焦和收集透镜单元110a和110b(各自包括一个或多个透镜)。光源单元106的光lin透过物镜110a聚焦在结构10上，创建照明/测量点ms。从测量点ms中返回(反射)的光lre由收集物镜110b收集。而且，在本实例中，分光光学器件112被配置为光谱分离器，并且包括光栅(棱镜)，以光谱地破坏光lre，使得不同波长聚焦在检测单元108的2d传感器109上的不同位置上。

设计光栅112(具有预定的图案)，使得通过光栅11反射的每个波长在传感器109上(在检测平面内)产生高度细长的图像点is，即，一个轴(‘λ’轴)上图像点高度聚焦。如图所示，在这个实例中，光栅112将收集的返回光lre分成具有不同波长λ1-λ5的5个光分量，在检测表面109上产生相应的5个图像点is(λ1)-is(λ5)。因此，沿着相应的轴，在本实例中的λ轴，2d传感器109的每个像素线“读取”较窄的一组波长，但是“读取”测量点ms在一个方向上的完整的空间跨度。在其他方向，在本实例中的‘x’轴，光栅用作透镜，将测量点ms成像使得不同的像素与在结构上的空间上不同的区域对应。在这种方案中，检测单元109和分光光学器件112共同操作为位置和波长敏感检测器，并且在样品上的一大组不同的位置可以由单个测量捕捉，允许有效的光谱相位提取。应注意的是，已知这种2d传感器用于光学光谱仪。

应理解的是，上述测量方案是示意性方案，并且只要最后获得位置和波长相关的信号，就可以大幅修改。设计可以包括任何一组额外的偏振器、减速器(retarder)或其他光学部件。还能够使用垂直-入射设计，在照明和光收集路径内使用分束器。

此外，考虑光谱过滤配置，单独透镜可以放在简单(平场)光栅之前，提供相似的位置和波长敏感功能。

另一种可能性是不将样品成像在2d检测器上，而是成像后焦平面，使得将不同的反射方向映射到在2d传感器上的不同位置。返回图3b，在这个配置中，x轴与不同的反射方向对应，并且系统允许分析反射率的角度相关性。可以例如通过使用在一个轴(‘λ’)上在光谱上打破不同波长，但是不改变在其他轴(‘x’)中的光路的简单光栅，来实现这种测量方案。

本发明的上述测量技术可以有效地用于ocd。让我们考虑上述这种测量，提供两个(或几个)未知场的混合(方程式2)。对于每个波长λ，具有三个未知数，|e1|、|e2|及其相对相位φ、以及一个测量的量itot(λ)。能够例如通过移动测量点，以修改混合系数ci来提高可用信息的量。可选地，测量装置的一些光学参数可以改变已知的度(例如，照明/收集数值孔径)，这也产生修改的被测光谱。通过进行几个这种测量，获得一组被测光谱iⁱtot(λ)(在此处，i表示不同点位置/不同光学系统属性)，各自满足以下条件：

对于每个这种测量，可以独立于应用(结构)计算混合因数。因此，使用n个这种测量，只要n≥3(使得存在针对这三个未知数的至少三个方程式)，就可以直接得出|e1(λ)|、|e2(λ)|以及φ(λ)的值。更多测量可以用于噪声降低和精度提高。

可选地，如果适当地表征一个(或几个)被测区域，使得例如|e1(λ)|，是已知的，那么仅仅两个测量可以用于明确地提取|e2(λ)|和φ(λ)，可减少这个测量所需要的获取时间。

如上所述，这种方法可以扩展为更多区域类型，相应地需要更多的测量，以允许解出不同的反射率和相对(光谱)相位。例如，在具有三个不同的位置的情况下，测量信号表示为：

在这种情况下，具有6个混合因数，与每个区域的反射场的贡献以及在这些场之间的干涉相关联。通常，在同时测量n个区域类型时，具有n(n+1)/2个混合项。

从测试地点反射的光谱相位保持关于其散射性质的有价值信息，因此，可以用作光学临界尺寸(ocd)计量的基础。可以使用用于解决电磁反射问题(例如，fdtd、rcwa、fem、本征展开等)的标准技术为任何样品计算在不同区域之间的相对光谱相位。考虑具有已知几何图形的样品/结构，其特征在于一组未知的参数。这些参数可以是几何尺寸、厚度以及材料光学性质(即，折射率)。对于假定的这些参数的任何一组值，可以计算预期的光谱相位(以及光谱反射率)。应注意的是，光谱相位包括关于被测样品的额外信息，这不完全由光谱反射率和/或椭圆测量相位表征。

考虑被测相对光谱相位，可以与一组预先计算的这种光谱相位相比较。通过找出在被测和计算数据之间产生最佳拟合的参数的组合，可以确定被测结构的实际参数。这种方法习惯用于ocd计量，并且通常应用于上述技术。由于在测量光谱相位的过程中，人们也获得光谱反射率|e1,2|²，所以自然并且有利(虽然并非必须)地在这种拟合过程中使用光谱反射率和光谱相位。

应注意的是，‘最佳拟合’解决方案的识别涉及搜索这组参数，所计算的信号(例如，光谱、相位光谱)与被测对象最相似。然而，考虑相位和反射率信息可能受到具有不同的噪声特质，通过某种非平凡方式对它们加权可能是有利的。例如，可以可取地的是，与反射率相比给相位信号(反之亦然)分配更多的重要性以具有该权重波长相关性，或者将任何形式的非平凡的数学运算应用于数据中，作为分析的一部分。

本发明的技术允许测量测试焊盘，其尺寸小于照明点。在照明点的尺寸通常是几十微米时，这个能力对于计量应用非常有利，并且需要明显小于这个尺寸区域的计量。这种需要的一个实例是能够在图案化区域内部测量测试地点(‘在芯片内’)，其中，限制测试焊盘的尺寸。可选地，在照明点特别大时，例如，在使用高度倾斜的照明角度时，出现这种问题。

如上所述，通过采用混合在测试焊盘及其具有不同比率的外围内的贡献的几个测量，能够区分这两个区域的单独反射率。具体而言，能够使用这种方法来分离焊盘区域的反射率，与其尺寸无关。

如上所述，兴趣区域(图案化区域r1)的周围主要是均质(未图案化区域r2)，使得对于不同的测量位置，仅仅混合因数改变，而固有反射率不变。如果焊盘周围不均质，那么在提取的场内引起误差。然而，即使周围不均质，也能够使用更多的测量，来使位置相关性最终达到平均并且精确提取与测试焊盘相关联的反射率。

本发明的相位计量可以用于薄膜分析。薄膜计量的目标在于在0.1nm与高达几十nm之间的范围内精确测量薄膜厚度。

在这种情况下，薄膜反射率微弱地取决于其厚度，使得难以进行反射测量。相反，预期光谱相位对膜厚度高度敏感，显示了(近似)线性相关性。在这一点上，参照图4，示出了光谱反射率和相位对在si衬底上的薄sio2膜的具体实例的薄膜厚度的相关性。在图中，与光谱反射率和相位相关性对应的曲线g1和g2分别作为膜厚度的函数。对于在0-10nm范围内的膜厚度，光谱反射率改变大约1％，而相位相关性改变大约10％，表明大幅提高敏感性。

应注意的是，通过“自干涉”测量方案，可能难以适当地表征扩展的薄膜结构：测量点覆盖保持薄膜的一个区域，并且另一个区域与第一区域相同但是没有薄膜。在这种情况下，在两个区域之间的相位差强烈取决于膜厚度。可选地，专用测试区域可以设计为具有包括不同薄膜厚度的两个区域，下面也详细描述。

通常，光学计量应用于测试地点，包括结构/兴趣图案的重复阵列。这个结构(晶体管、存储器单元等)的特征在于影响反射信号的多个几何和材料性质(厚度、尺寸、折射率等)。自然地，反射信号对所有这些参数敏感，然而，实际上，仅仅这些参数的小子集对于监控很重要。而且，通常是以下情况：与对无关参数的敏感性、对测量和建模精度施加严格要求相比，对兴趣参数的敏感性较弱。对无关参数的这种敏感性对ocd技术构成重大挑战。

测量在不同区域之间的相对相位的能力允许具有唯一类型的计量方法。在这一点上，参照图5，其例证了特别设计的测试焊盘/结构10，具有两个不同区域r1和r2，这两个区域都是图案化区域，但是具有不同的图案。在这个特定的而非限制性实例中，区域r1保持一种图案，而区域r2(称为“参考区域”)保持与区域r1相似的图案，但是对兴趣参数引入了某种修改。在这个实例中，兴趣参数是某个内部层lint的厚度，这存在于区域r1的图案中，然而，从在参考区域r2中的图案中去除。照明点ms覆盖区域r1和r2，因此，照明点的光响应整合这两个区域的反射场，允许使用上述本发明的技术的光谱相位提取。虽然反射光谱由整个结构确定，但是在这两个区域r1和r2之间的光谱相位差对在其间的差异高度敏感(具体而言，如果没有这种修改，那么光谱相位差是0)。

这种方法可以应用于各种计量反射测量法中，例如，光谱反射测量法和光谱椭圆测量法。此外，可以应用于图案化结构的(基本上)任何兴趣参数的表征中，例如，cd、节距、材料性质、侧壁角度等。

同样，能够改变结构的在这两个区域内的多于一个参数，在这种情况下，光谱相位差主要对修改的那些参数敏感。而且，能够设计一种测试焊盘，其包括多于两个的这种区域，可允许在不同的兴趣参数之间提高差异化。

从以上方程式2中显而易见，分离相关系统和对测量信号(即，光响应)的应用相关贡献的能力允许一种独特的方法，用于表征光学测量系统。通过利用特定的空间(或角度)反射率性质(例如，刀刃样品)测量适当表征的结构，可以比较所获得的(测量的)和预期的(建模的)信号。在测量的与预期的信号之间的任何差异必然与光学系统特性相关，例如，其像差。

由于光学系统特性和像差的影响可以直接用于导出期望的混合参数，所以此外，能够寻找影响被测信号的一组像差。这可以由各种拟合方法实现。例如，能够计算预期用于各种系统像差的混合因数，并且识别给测量提供最佳拟合的像差组合。可选地，可以使用回归技术。

另一个可能的实现方式是通过两个不同的光学配置(例如，不同的物镜)测量在相同样品上的相同位置。如上所述，在被测信号之间的差异可以与光学特性的差异相关。

同样，可以在不同的偏振上进行几个测量，支持部件的偏振相关的表征。例如，对于应力效应的表征(已知其造成双折射，即，偏振相关的透射)，这种分析会有用。

更一般地，可以为光学系统的可以改变的任何参数进行这种分析。如上例证所述，可以对多个波长进行测量，并且获得波长相关的表征。可选地或者附加地，某种光学部件的位置和/或方向可以改变，并且光学系统可以表征为改变一个或多个光学部件的位置。然后，这种表征可以用于将系统优化为任何期望的属性。

因此，本发明提供了一种简单有效的技术，用于表征/测量图案化结构。为此，所发明的技术使用同时在包括两个不同区域的一部分结构上进行光学测量，并且确定该结构的光响应的光谱相位。表示两个不同区域的光响应的被测数据(例如，被测强度)保持关于在从不同区域中返回(反射)的场之间的干涉的信息，并且这种相关性用于提取光谱相位。