器通过可包括二向色分束器的分束器22定向到折射光学元件24。折射光学元件24被配置成将光束定向到可包括任何合适分束器的分束器26。分束器26被配置成将光束从折射光学元件24反射到物镜30，该物镜被配置成将衍射受限光束聚焦在晶片34上的光栅靶(未示出)上的照射斑32。物镜30可包括任何合适的折射光学元件和/或任何合适的反射光学元件。例如，物镜可具有全反射设计或反折射设计，诸如在授予Rodgers的美国专利N0.5, 309, 276和授予Shafer等人的美国专利N0.6, 801, 358中所描述的那些设计，它们如在本文中完全阐述一样通过引用结合于此。物镜还可针对从约150nm到约100nm的波长来设计。另外，物镜可被设计成在照射中没有中心遮挡。
[0024]物镜(或“多个物镜”)可以是相对高值孔径(NA)的物镜(例如，具有约0.9或更大的NA)，由此实现对照射光瞳的优化选择(在本文中未示出的光瞳区域选择)。相对较高NA的物镜如该术语在本文中所使用地一般指物镜的入射光瞳的半径与物镜的焦距相当，或者换句话说，从物镜发射到晶片上的射线填充相对较大的锥角。例如，NA为0.9的物镜具有0.9f的入射光瞳半径，其中f是透镜的焦距。这等效于射线照到晶片的最大锥角是arcsin0.9 = 64度的事实。因此，相对较高NA的物镜具有相对较大的入射光瞳。以此方式，不同的部分(例如，入射光瞳的仅一部分)可用于照射。换句话说，入射光瞳(此处用作照射光瞳)相对较大的事实实现对该光瞳的子区域的选择性照射，该子区域随后被转换成整个物镜NA所提供的最大照射锥体的子锥体。
[0025]光瞳区域选择可使用可用于将光从光源定向到照射光瞳的仅特定部分的任何合适的光学元件来执行。例如，光学元件(未示出)可用于调制光源，由此选择照射光瞳的用于计量系统所执行的测量的部分。可用于空间地调制光的合适光学元件的示例包括诸如可从美国德克萨斯州达拉斯市的Texas仪器得到的反射微镜阵列器件、诸如可从德国德累斯顿市Fraunhofer学院得到的衍射微镜阵列器件、液晶器件(LCD)、衍射光学元件、固定孔径、可执行对光的空间调制的任何其他光学元件、或其某些组合。替换地，光学元件(未示出)可用于代替选择照射光瞳的仅一个或多个部分在计量系统所执行的测量中使用。
[0026]因此，折射光学元件18和20、分束器22、折射光学元件24、分束器26、以及物镜30构成计量系统的照射子系统(或“照射光瞳”)，该照射子系统被配置成将光从光源定向到晶片(例如，用于散射计量测量)。以此方式，照射子系统可用于散射计量测量，并且如附图标记46圈出且指示的照射子系统中的衍射受限光束可以是高斯光束。例如，计量系统的光源可被配置成提供高斯光束，并且变迹器可能不更改衍射受限光束的高斯性质。
[0027]物镜30还被配置成收集来自晶片的光。从晶片收集的光包括散射光。然而，从晶片收集的光还可包括来自晶片的其他光(例如，反射光)。物镜30将所收集光通过分束器26定向到折射光学元件36，该折射光学元件将所收集光通过分束器38和40定向到折射光学元件42。折射光学元件42被配置成将所收集散射光定向到检测器44。检测器44可如本文中进一步描述地配置。以此方式，物镜30、分束器26、折射光学兀件36、分束器38和40、折射光学元件42、以及检测器44构成计量系统的检测子系统。检测子系统可用于散射计量测量，如本文中进一步描述的。
[0028]物镜的光学象差规格可从本文中进一步描述的散射计量斑大小导出。例如，优选执行对用于角解析散射计量实现计量系统的物镜的设计和制造以在照射斑尾部处确保以上所述的显著较低辐照度。光学设计优选确保最小的重影量，该最小的重影量可由从物镜的任何光学表面反射回晶片的相对较强的晶片反射产生。该设计还优选提供过大孔径用于使从透镜边缘和至少1_的空隙(air-space)的散射最小化，以减少相干效应。从照射的散射优选通过保证光学表面和涂层上的相对较低的表面粗糙度(通常为约0.1nm均方根(RMS))以及相对较低的表面缺陷率(划痕和挖痕，类似于5/1X0.040和每ISO 10110的L1X0.006)来进一步最小化。计量系统中所包括的孔径和光阑优选具有用于最少地散射到晶片中的仔细制造的边缘，并且物镜组件的内部机械表面优选被加工并处理成吸收任何散射光。光学元件优选在干净的环境中清洗和组装以将光学元件上的灰尘颗粒的数量保持在将导致可感测散射的水平以下。因此，本文中所描述的各个实施例可具有针对表面粗糙度、划痕和挖痕、缺陷、以及清洁度的光学制造要求的规范，从而确保相对较低的漫射光和以此方式确保相对较低的残余辐照度。类似于以上所述的对物镜的考虑优选应用于计量系统中所包括的所有光学元件。用于相对较低漫射光的这些光学制造要求可与本文中所描述的任何其他实施例组合。
[0029]在一个实施例中，光栅靶上的照射斑的直径小于3微米。例如，如上所述，残余辐照度被建立为来自光栅靶的临界尺寸(CD)和覆盖计量的性能准则，残余辐照度是距晶片上的照射斑的中心1.5微米半径以外的辐照度，并且残余辐照度限值是照射斑的中心处的辐照度的10 6O因此，照射斑的半径可能约为1.5微米，并且因此，直径约为3微米或更小。
[0030]在另一实施例中，计量系统被配置成在收集来自光栅靶的散射光的同时跨光栅靶扫描照射斑。例如，如图1所示，计量系统可被配置成在多个方向48上例如通过横向地移动光源、由此移动衍射受限光束来横向地扫描衍射受限光束14。以此方式，计量系统可跨光栅靶视场扫描照射斑。计量系统可以光栅或其他方式跨光栅靶区域扫描该斑。计量系统可被配置成使用任何合适的器件(例如，机械平台)来跨光栅靶扫描照射斑。以此方式，不同于在该靶上提供扩大的照射斑，该斑可在光栅靶区域内扫描。(图1所示光束14的位置表不通过光学系统的视场中心的光射线，而光束50的位置并不表不通过光学系统的光瞳中心的光射线。沿着计量系统的光轴49的圆点表不光束14和50所表不的不同射线与光轴相交的点。)
[0031]以此方式，本文中所描述的计量系统实施例实现对比当前用于散射计量测量的光栅靶小的光栅靶的测量。例如，在一些实施例中，光栅靶的横向尺寸小于10微米乘以小于10微米。横向尺寸在与晶片的上表面基本平行的平面上定义。在一个这种示例中，光栅靶的横向尺寸可以是5微米乘以5微米。例如，本文中所描述的实施例实现对来自相对较小光栅靶的CD的基本正确的光学测量(例如，5微米乘以5微米)。另外，本文中所描述的实施例实现对与相对较小光栅单元的基本正确的光学散射计量覆盖测量(例如，5微米乘以5微米)。以此方式，本文中所描述的实施例的一个优点在于，计量系统配置实现对小到5微米乘以5微米的光栅靶的光学CD计量、以及对单元大小小到5微米乘以5微米的光栅靶的基于散射计量的覆盖计量。光栅靶本身可包括本领域已知的任何合适的光栅靶。
[0032]在一个实施例中，光学元件被配置成将所收集散射光的重像集中到光学元件的成像光瞳中的局部区域或跨成像光瞳将重像扩散开以减小重像的辐照度。例如，本文中所描述的实施例可使用光瞳成像系统的光学设计原理配置，该光瞳成像系统将与信号相干的重像集中到光瞳图像中的特定局部区域(诸如例如0.1NA半径内的光瞳中心)、或将其在足够大的区域上扩散以使重影辐照度最小化到例如小于信号的10 60这种光瞳重像控制可与本文中所描述的任何其他实施例组合地应用。
[0033]计量系统还包括被配置成拒绝一部分所收集散射光的视场光阑。例如，在一个实施例中，计量系统包括视场光阑52，该视场光阑置于所收集散射光的路径中以使视场光阑可拒绝一部分所收集散射光。以此方式，在收集臂中使用收集视场光阑以供散射计量(例如，角解析散射计量)。收集视场光阑可能通过提供拒绝该靶周围的非期望信号和足够的光瞳解析率之间的优化平衡来实现相对较小的散射计量计量靶。例如，对于给定光栅靶大小，视场光阑大小可针对信号污染和光瞳成像解析率之间的折衷进行优化。
[0034]计量系统可被配置成执行一种用于将视场光阑对准计量光栅靶的方法。将视场光阑对准计量光栅靶可使用斑照射和将各个部件对准该斑来执行。例如，可观察到照射视场光阑的平面中的照射斑，并且照射视场光阑可与该斑对准。镜式晶片(或其他合适的反射表面)可在物镜下面进行聚焦。可观察到收集视场光阑的平面中的反射照射斑，并且收集视场光阑可与该斑对准。晶片上的照射斑可通过分开的对准光学器件(例如，使用本文中进一步描述的检测器66以及相对应的光学元件)来观察，并且这些光学器件与