CN111615667A

CN111615667A - 测量目标的方法和量测设备

Info

Publication number: CN111615667A
Application number: CN201880086804.4A
Authority: CN
Inventors: O·V·兹维尔
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2018-01-17
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-09-01
Also published as: TW201934986A; WO2019141479A1; US10606178B2; US20190219931A1; KR20200096843A

Abstract

公开了一种测量目标的方法和一种量测设备。在一种布置中，所述目标包括分层结构。所述分层结构具有在第一层中的第一目标结构和在第二层中的第二目标结构。所述方法包括通过使用所述照射光瞳(u)中的照射轮廓、利用测量辐射来照射所述目标，所述照射轮廓从所述照射光瞳中的穿过所述光轴的假想线(IL)偏移，以允许预定衍射阶中的所允许的阶(v₂，v₄)传播至检测光瞳中的检测区，同时限制所述预定衍射阶中的相等但相反的阶(v₁'，v₃')传播至所述检测区。检测到多个双衍射的所允许的衍射阶(w₂，w₄)的散射辐射。通过使用预定衍射阶的被检测到的散射辐射来计算所述光刻过程的特性。

Description

测量目标的方法和量测设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年1月17日提交的欧洲申请18152036.2和于2018年1月18日提交的欧洲申请18152306.9的优先权，这些申请通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明涉及用于例如可以在通过光刻技术制造器件中使用的量测的方法和设备。

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)上的机器。光刻设备能够例如用于集成电路(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生成要在IC的单层上形成的电路图案。该图案能够被转印到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括管芯的一部分、一个或若干个管芯)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。在光刻过程中，经常期望对所产生的结构进行测量，例如用于过程控制和验证。已知用于进行这种测量的各种工具，包括通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量度。重叠可以依据两个层之间的未对准程度来描述，例如，对测量到的1nm的重叠的参考可以描述两个层存在1nm的未对准的情形。

近来，各种形式的散射仪已经被开发应用在光刻领域中。这些装置将辐射束引导到目标上，并且测量散射辐射的一个或更多个属性——例如作为波长的函数的在单个反射角下的强度；作为反射角的函数的在一种或更多种波长下的强度；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”来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的目标的重构；库搜索；以及主成分分析。

常规的散射仪所使用的目标相对较大，例如40μm×40μm，光栅和测量束产生比光栅个小的斑(即，光栅未被充满)。这简化了目标的数学重构，这是由于可以将目标视为无限的。然而，为了减小所述目标的大小(例如至10μm×10μm，或更小)，例如使得它们能够被定位在产品特征当中、而非定位在划线中，已提出使光栅小于测量斑(即，光栅过度填充)的量测。典型地，使用暗场散射测量来测量这些目标，其中零阶衍射(对应于镜面反射)被阻挡，且仅较高阶被处理。暗场量测的示例可以在国际专利申请WO 2009/078708和WO 2009/106279中找到，这些文献通过引用全文并入本文。已经在专利出版物US20110027704A、US20110043791A和US20120242970A中描述了上述技术的进一步发展。所有这些申请的内容也通过引用并入本文。使用衍射阶的暗场检测的基于衍射的重叠实现在较小的目标上进行重叠的测量。这些目标能够小于照射斑并且可以被晶片上的产品结构包围。目标可以包括能够在一个图像中测量的多个光栅。

在已知的量测技术中，通过在某些条件下测量重叠目标两次，同时旋转重叠目标或改变照射模式或成像模式以分别地获得-1衍射阶强度和+1衍射阶强度，来获得重叠测量结果。关于给定重叠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)的量度。重叠目标中的这种不对称性能够用作重叠误差(两个层的不期望的未对准)的指示器。

已经发现，半导体器件的制造过程中的变化能够降低重叠误差测量结果的鲁棒性或可靠性。

本发明的目标是改善诸如重叠误差之类的光刻特性的测量结果的鲁棒性或可靠性。

发明内容

根据本发明的第一方法，提供了一种测量由光刻过程形成的目标的方法，所述目标包括分层结构，所述分层结构具有在第一层中的第一目标结构和在第二层中的第二目标结构，所述方法包括：

将所述目标定位在光学***的光轴中，所述光学***在所述光学***的相应的光瞳平面中具有照射光瞳和检测光瞳；

通过使用所述照射光瞳中的照射轮廓、利用测量辐射来照射所述目标，所述照射轮廓从所述照射光瞳中的穿过所述光轴的假想线偏移，所述假想线对应于目标结构的周期性的方向，其中所述照射轮廓被配置成允许预定衍射阶中的所允许的阶传播至所述检测光瞳中的检测区，同时限制所述预定衍射阶中的相等但相反的阶传播至所述检测区；

检测多个所允许的衍射阶的散射辐射，其中所允许的衍射阶通过来自所述第一目标结构的测量辐射的衍射而被生成，并且随后被从第二目标结构衍射；以及

通过使用所允许的衍射阶的被检测到的散射辐射来计算所述光刻过程的特性。

根据本发明的第二方面，提供了一种量测设备，包括：

照射***，配置成利用测量辐射来照射使用光刻过程在衬底上产生的目标；和

检测***，配置成检测由对所述目标的照射引起的散射辐射，其中：

所述量测设备能够操作以执行第一方面所述的方法。

本发明的另外的特征和优点以及本发明的各个实施例的结构和操作被参考附图在下文更详细地描述。注意到，本发明不限于本文描述的具体实施例。本文仅出于图示的目的来呈现这些实施例。基于本文包含的教导，相关领域的技术人员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方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1描绘了根据本发明的实施例的光刻设备；

图2描绘了根据本发明的实施例的光刻单元或簇；

图3(a)至图3(d)包括：3(a)用于使用第一对照射孔来测量目标的暗场散射仪的示意图；3(b)针对给定照射方向的目标光栅的衍射光谱的细节；3(c)在使用散射仪以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；和3(d)将第一对孔与第二对孔进行组合的第三对照射孔；

图4描绘了多重光栅目标的已知形式和衬底上的测量斑的轮廓；

图5描绘了在图3的散射仪中获得的图4的目标的图像；

图6为示出使用图3的散射仪且可适于形成本发明的实施例的重叠测量方法的步骤的流程图；

图7图示以已知的方式由重叠目标进行的衍射导致的主衍射模式中的一些主衍射模式；

图8(a)至图8(c)包括可以用于设计本文中所公开的目标的示例性目标设计方法的不同方面的流程图；

图9为示出通过示例性目标的示例射线的轨迹的立体图；

图10为从不同角度的图9的布置的立体图；

图11为从另一不同角度的图9的布置的立体图；

图12为图9的布置的截面侧视图；

图13为目标中的示例第二目标结构的俯视图；

图14为图13的目标中的示例第一目标结构的俯视图；

图15描绘了由两对叠置的目标子结构形成被检测到的条纹图案；

图16示出针对感兴趣的区中条纹图案的信号强度(纵轴)相对于位置(横轴)的曲线图；

图17(a)和图17(b)分别描绘图16的条纹图案的频谱和相位谱；

图18为在两个不同重叠值下针对测量辐射的不同波长相对于相位的测量结果的曲线图；

图19为在五个不同重叠值下针对不同的目标厚度(层厚度)相对于相位的测量结果的曲线图；

图20(a)和图20(b)分别为另一示例第二目标结构和另一示例第一目标结构的俯视图；

图21描绘了通过目标的示例射线的轨迹，该目标包括具有相同节距的第一周期性部件的一对叠置的目标子结构；

图22为从图21中所示出的叠置的目标子结构的衍射的傅里叶空间表示；

图23描绘由从图21中所描绘的类型的四个以不同方式偏置的多对叠置的目标子结构的散射产生的四个强度子区；

图24为图21中所描绘的类型的四个以不同方式偏置的多对叠置的目标子结构的俯视图；

图25为垂直于图24中所示出的平面X-X的截面侧视图；

图26为垂直于图24中所示出的平面Y-Y的截面侧视图；

图27为预期强度变化相对于重叠偏移的曲线图，其示出了与图21中所描绘的类型的四个以不同方式偏置的多对重叠的目标子结构相对应的四个预期强度值；

图28描绘了通过目标的示例射线的轨迹，该目标包括具有不同节距的第一周期性部件的一对叠置的目标子结构；

图29为从图28中所示出的叠置的目标子结构的衍射的傅里叶空间表示；

图30为图29中所描绘的类型的两对叠置的目标子结构的俯视图；

图31为垂直于图30中所示出的平面X-X的截面侧视图；

图32为包括在不同层中具有不同节距的四个目标结构的目标的截面侧视图；

图33(a)至图33(c)图示使用具有共同节距和不同重叠偏置的多对目标子结构来测量重叠误差的方法与使用具有不同节距的一对目标子结构来测量重叠误差的方法之间的对应性；

图34描绘了具有矩形元素的棋盘格(checkerboard)图案；

图35描绘了倾斜的棋盘格图案；

图36(a)至图36(b)、图37(a)至图37(b)、图38(a)至图38(b)和图39(a)至图39(b)描绘了多对目标结构的其它示例；

图40(a)至图40(c)描绘了(a)在反射接着透射中(2个波)、(b)在透射接着反射中(2个波)及(c)在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下(4个波)的双重衍射下示例射线的通过目标的在2D下的轨迹；

图41(a)至图41(c)描绘了在(a)在反射接着透射中、(b)在透射接着反射中和(c)在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下的双重衍射下重合的示例射线通过目标的2D轨迹；

图42(a)至图42(c)描绘了在(a)在反射接着透射中、(b)在透射接着反射中和(c)在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下的双重衍射下重合的示例射线通过展开路径的在2D下的轨迹；

图43(a)至图43(c)描绘了在(a)在反射接着透射中、(b)在透射接着反射中和(c)在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下的双重衍射下重合的示例射线通过展开路径的在3D下的轨迹；

图44(a)至图44(c)描绘了在(a)在反射接着透射中、(b)在透射接着反射中和(c)在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下的双重衍射下重合的示例射线的通过目标的2D轨迹；

图45(a)至图45(c)描绘了(a)通过棋盘(chequerboard)接着光栅、(b)通过光栅接着棋盘和(c)通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况下的双重衍射的傅里叶空间表示；

图46描绘了在在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下的双重衍射下呈任意角度的重合的示例射线通过展开路径的在3D下的轨迹；

图47描绘了在在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下的双重衍射下呈xz平面中的任意角度的重合的示例射线通过展开路径的在2D下的轨迹；

图48为作为入射角的函数的不同射线的路径长度的图；

图49描绘了利用在xz平面中呈任意角度的照射，通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况下的双重衍射的傅里叶空间表示；

图50描绘了以在xz平面中呈一照射角度的重合的示例射线通过展开路径的在3D下的轨迹，所述照射角度配置成限制在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下的双重衍射的传播；

图51描绘了以在xz平面中呈一照射角度的重合的示例射线通过展开路径的在2D下的轨迹，所述照射角度配置成限制在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下的双重衍射的传播；

图52描绘了双重衍射的傅里叶空间表示，其中xz平面中的照射角度被配置成限制通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况下的传播；

图53(a)描绘了双重衍射之傅里叶空间表示，其中xz平面中的照射角度被配置成将通过棋盘/光栅接着藉由光栅/棋盘两种情况下的传播限制为偏移检测孔；

图53(b)描绘了与图53(a)的傅里叶空间表示相对应的照射轮廓和偏移检测孔；

图54(a)描绘了双重衍射的傅里叶空间表示，其中xz平面中的照射角度被配置成将通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况下的传播限制至象限检测孔；

图54(b)描绘了与图54(a)的傅里叶空间表示相对应的照射轮廓和象限检测孔；

图55(a)描绘了双重衍射的傅里叶空间表示，其中xz平面中的照射角度被配置成将通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况的传播限制至四方楔形件；并且

图55(b)描绘了与图55(a)的傅里叶空间表示相对应的照射轮廓和四方楔形件；

图56(a)描绘了双重衍射的傅里叶空间表示，其中象限照射轮廓被配置成将通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况的传播限制至四方楔形件；

图56(b)描绘了与图56(a)的傅里叶空间表示相对应的象限照射轮廓和四方楔形件；

图57(a)描绘了顶部光栅对入射波的第一衍射的傅里叶空间表示，其具有点对称的象限照射轮廓；

图57(b)描绘了与图57(a)的傅里叶空间表示相对应的点对称的象限照射轮廓和四方楔形件；

图58(a)描绘了通过拉伸且45度旋转的棋盘格对入射波的第一衍射的傅里叶空间表示，其具有偏移照射轮廓；

图58(b)描绘了导致图58(a)的傅里叶空间表示中所描绘的衍射的拉伸且45度旋转的棋盘格；

图59(a)描绘了经由拉伸后的棋盘格的双重衍射的傅里叶空间表示，其中照射轮廓被配置成将通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况的传播限制至45度旋转的四方楔性件；

图59(b)描绘了导致图59(a)的傅里叶空间表示中所描绘的衍射的拉伸后的棋盘格，其相对于四方楔形件而旋转；

图60(a)(其由图59(a)再生)描绘了经由拉伸后的棋盘格的双重衍射的傅里叶空间表示，其中照射轮廓被配置成将通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况的传播限制到45度旋转的四方楔形件；

图60(b)描绘了在图60(a)的傅里叶空间表示中的象限Q2中结束的射线通过展开路径的在2D下的轨迹；

图61(a)(与图59(a)类似)描绘了经由拉伸后的棋盘格的双重衍射的傅里叶空间表示，但与图59(a)相比具有点对称的照射轮廓；

图61(b)描绘了在图61(a)的傅里叶空间表示中的象限Q2中结束的射线在2D下通过展开路径的轨迹；

图62(a)描绘了经由拉伸后的棋盘格的双重衍射的傅里叶空间表示，其将图60(a)和图61(a)两者的照射轮廓进行组合；并且

图62(b)描绘了在图62(a)的傅里叶空间表示中的象限Q2中结束的射线通过展开路径的图60(a)和图61(b)的组合的在2D下的轨迹。

具体实施方式

在详细地描述本发明的实施例之前，提出可以实施本发明的实施例的示例性环境是有指导意义的。

图1示意性地描绘了一种光刻设备LA。所述设备包括：照射光学***(照射器)IL，配置成调节辐射束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，构造成支撑图案形成装置(例如掩模)MA并且连接到第一***PM，所述第一***PM配置成根据某些参数来准确地定位图案形成装置；衬底台(例如晶片台)WT，构造成保持衬底(例如涂覆抗蚀剂的晶片)W并且连接到第二***PW，所述第二***PW配置成根据某些参数来准确地定位衬底；以及投影光学***(例如折射型投影透镜***)PS，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。

照射光学***可以包括各种类型的光学部件，诸如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件、或其任意组合，用以引导、成形、或控制辐射。

所述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例如图案形成装置是否保持在真空环境中等其它条件的方式来保持图案形成装置。所述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。所述图案形成装置支撑件可以是框架或台，例如，其可以根据需要是固定的或可移动的。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***)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”应该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上形成图案的任何装置。应注意，被赋予至辐射束的图案可以不完全对应于衬底的目标部分中的期望的图案，例如，如果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对应于在目标部分中产生的器件(诸如集成电路)中的特定功能层。

所述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，每个小反射镜能够单独地倾斜，以便沿不同的方向反射入射的辐射束。被倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。

如这里所描绘的，所述设备属于透射型(例如，采用透射式掩模)。可替代地，所述设备可以属于反射型(例如，采用如上文所提及的类型的可编程反射镜阵列，或采用反射式掩模)。

光刻设备也可以是这样一种类型：其中衬底的至少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***和衬底之间的空间。浸没液体也可以被施加至光刻设备中的其它空间，例如掩模和投影***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***的数值孔径。本文使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底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***和衬底之间。

参照图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。例如，当所述源为准分子激光器时，所述源和光刻设备可以是分立的实体。在这种情况下，所述源并不被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***BD从源SO传递至照射器IL。在其它情况下，例如当所述源为汞灯时，所述源可以是所述光刻设备的组成部分。可以将源SO和照射器IL以及需要时设置的束传递***BD一起称为辐射***。

所述照射器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。一般而言，能够调整照射器的光瞳平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。所述照射器可以用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有期望的均匀性和强度分布。

所述辐射束B入射到保持在图案形成装置支撑件(例如，掩模台MT)上的所述图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且通过所述图案形成装置来图案化。在已横穿图案形成装置(例如，掩模)MA的情况下，辐射束B穿过投影光学***PS，所述投影光学***PS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定位在辐射束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和另一个位置传感器(图1中未明确示出)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。

可以通过使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记Pl、P2来对准图案形成装置(例如，掩模)MA和衬底W。尽管所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上的情况下，掩模对准标记可以位于所述管芯之间。在期望小的对准标识尽可能小并且不需要与相邻特征不同的成像或过程条件的情况下，在器件特征之中，小的对准标识也可以被包括在管芯内。下面进一步描述检测对准标识的对准***。

所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技术人员是公知的，且无需对其进一步描述以理解本发明的实施例。

如图2中所示，光刻设备LA构成光刻***的部分，其被称作光刻单元LC或光刻元或簇。光刻单元LC也可以包括用以对衬底执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机DE、激冷板CH和焙烤板BK。衬底处理装置或机器人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，然后将其传送到光刻设备的进料台LB。这些装置通常统称为涂覆显影***(track)，并且由涂覆显影***控制单元TCU控制，该涂覆显影***控制单元TCU本身由管理控制***SCS控制，该管理控制***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。

图3(a)中示出了一种量测设备。图3(b)中更为详细地图示了目标T和用于照射目标的测量辐射的衍射射线。所图示的量测设备属于已知的暗场量测设备。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***经由分束器15引导到衬底W上。这些透镜被布置成双次序的4F。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，并同时允许接近中间光瞳平面用于空间频率滤光。因此，辐射入射到衬底上的角度范围可以通过在呈现衬底平面的空间光谱的平面(这里称为(共轭)光瞳平面)中限定空间强度分布来选择。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***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***形成了离轴照射模式。在第一照射模式中，孔板13N提供从(仅为了便于描述起见)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。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，这是因为在期望的照射模式之外的任何不必要的光都会干扰期望的测量信号。

如图3(b)所示，目标T被放置成使得衬底W垂直于物镜16的光轴O。衬底W可以由支撑件(未示出)来支撑。从偏离轴线O的一角度射到目标T上的测量辐射的射线I产生零阶射线(实线0)和两个一阶射线(点划线表示+1阶，双点划线表示-1阶)。应注意，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多个平行射线之一。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上展开，而不是如图示的单条理想射线。注意的是，目标的光栅节距和照射角度可以被设计或调整成使得进入物镜的一阶射线与中心光轴接近对准。图3(a)和图3(b)所图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T所衍射的至少0和+1阶被物镜16收集，并且被引导返回通过分束器15。返回至图3(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)的完全相对的孔来图示。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***18利用零阶衍射束和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(光瞳平面图像)。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捕获的光瞳平面图像能够用于聚焦量测设备和/或对一阶束的强度测量结果进行归一化。光瞳平面图像也能够用于诸如重构等多个测量目的。

在第二测量支路中，光学***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设置在与光瞳平面共轭的平面中。孔径光阑21起到阻挡零阶衍射束的作用，使得形成在传感器23上的目标的图像仅由-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”在这里被在广义含义上使用。如果仅存在-1阶和+1阶中的一个阶，则同理将不会形成光栅线的图像。

图3所示的特定形式的孔板13和场阑21a仅仅是示例。可以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衍射光中的实质上仅一种一阶衍射光传递到传感器。在另外的其它实施例中，代替一阶束或者除一阶束之外，能够在测量中使用二阶束、三阶束和更高阶束(图3中未示出)。在另一个示例中，一对离轴棱镜21b与同的轴照射模式结合使用。这些棱镜具有将+1阶和-1阶转移到传感器23上的不同部位的效应，使得它们能够被探测和比较，而不需要两个连续的图像捕获步骤。该技术在公开的专利申请US2011102753A1中公开，其内容通过引用并入本文。代替一阶束或者除了一阶束之外，能够在测量中使用二阶束、三阶束和更高阶束(图3中未示出)。US9223227B2公开了一种四分之一楔形件，其沿四个不同方向改变光瞳平面的四个象限中的光，“四方楔形件”与“图像复制和旋转”装置一起使用，“图像复制和旋转”装置制造照射束的复本且使该被复制的版本相对于原始束旋转大于180°，从而提供使照射轮廓围绕光轴对称的180度点对称性函数，该专利的内容通过引用并入本文。

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，该盘旋转以将期望的图案带到合适的位置。应该注意的是，孔板13N或13S能够仅用于测量在一个方向(X方向或Y方向，这依赖于设定)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)和图3(d)示出了不同的孔板。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多个其它变型及应用。

图4描绘了根据已知的实践形成在衬底上的重叠目标或复合重叠目标。在该示例中的重叠目标包括紧密地定位在一起的四个子重叠目标(例如光栅)32至35，使得它们都将在由量测设备的量测辐射照射束形成的测量斑31内。因此，四个子重叠目标都被同时地照射并被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，光栅32至35本身是通过重叠的光栅形成的复合光栅，所述重叠的光栅在形成在衬底W上的半导体器件的不同层中被图案化。光栅32至35可以具有不同偏置的重叠偏移，以便促进其中形成有复合光栅的不同部分的层之间的重叠的测量。下面将参照图7来解释重叠偏置的意义。光栅32至35也可以在其方向方面不同，如所示出的，以便沿X方向和Y方向对入射辐射进行衍射。在一个示例中，光栅32和34是分别具有+d、-d偏移的X方向光栅。光栅33和35是分别具有+d和-d偏移的Y方向光栅。这些光栅的分立的图像可以在由传感器23捕获的图像中被识别。这仅是重叠目标的一个示例。重叠目标可以包括多于四个光栅或少于四个光栅，或仅包括一个光栅。

图5示出了可以在图3的设备中使用图4的重叠目标、使用来自图3(d)的孔板13NW或13SE，从而在传感器23上形成并由传感器23检测的图像的示例。虽然光瞳平面图像传感器19不能分辨不同的单独的光栅32至35，但图像传感器23能够分辨出不同的单独的光栅32至35。黑色的矩形表示传感器上的图像的场，衬底上的照射斑31在该场内被成像到相应的圆形区域41内。在该图像内，矩形区域42-45表示小的重叠目标光栅32至35的图像。如果重叠目标位于产品区域中，则也可能在该图像场的周边看见产品特征。图像处理器和控制器PU使用图案识别来处理这些图像，以识别光栅32至35的分立的图像42至45。这样，所述图像不必非常精确地在传感器框架内的具体部位处被对准，这极大地改善了测量设备整体的生产量。

一旦重叠目标的分立的图像已被识别，那些单独的图像的强度就能够被测量，例如通过对所识别的区域内的选定的像素强度值求平均值或求和。图像的强度和/或其它属性能够相互比较。这些结果能够被组合以测量光刻过程的不同参数。重叠性能是这种参数的一重要示例。

图6图示了如何使用(例如)申请WO 2011/012624中所描述的方法来测量含有部件重叠目标32至35的两个层之间的重叠误差(即，不期望的且非故意的重叠未对准)。这种方法可以被称作基于微衍射的重叠(μDBO)。经由如通过比较重叠目标在+1阶暗场图像和-1阶暗场图像中的强度(能够比较其它相应的更高阶的强度，例如，+2阶与-2阶)以获得强度不对称性的量度而揭露的重叠目标不对称性来进行这种测量。在步骤S1处，通过光刻设备(诸如图2的光刻单元)来处理衬底(例如，半导体晶片)一次或更多次，以产生包括光栅32至35的重叠目标。在S2，通过使用图3的量测设备，例如仅通过使用一阶衍射束(例如-1)获得重叠目标32至35的图像。在步骤S3，无论是通过改变照射模式，通过改变成像模式，还是通过在量测设备的视场中将衬底W旋转180°，都能够使用另一个一阶衍射束(+1)获得重叠目标的第二图像。因此，在第二图像中捕获了+1衍射辐射。

应注意，通过在每个图像中仅包括一阶衍射辐射的一半，这里所指的“图像”不是常规的暗场显微镜图像。重叠目标的单个重叠目标线将不会被分辨。每个重叠目标将简单地由一定强度水平的区域表示。在步骤S4中，在每个部件重叠目标的图像内识别感兴趣的区(ROI)，将从所述感兴趣的区来测量强度水平。

在已经识别了每个单独的重叠目标的ROI并测量了其强度的情况下，然后能够确定重叠目标的不对称性，并因此确定重叠误差。这在步骤S5中(例如通过处理器PU)比较针对每个重叠目标32至35的+1阶和-1阶所获得的强度值以识别其强度不对称性(例如其强度的任何差异)而进行。术语“差异”并不旨在仅是指减法。差异可以以比例的形式计算。在步骤S6中，使用用于多个重叠目标的被测量的强度不对称性，连同那些重叠目标的任何已知被强加的重叠偏置的知识，来计算重叠目标T附近的光刻过程的一个或更多个性能参数。在本文所描述的应用中，将包括使用两个或更多个不同测量选配方案的测量结果。非常感兴趣的性能参数是重叠。

图7图示了包括叠置的周期性结构的重叠目标的典型衍射配置。叠置的周期性结构包括第一周期性结构(或第一光栅)和第二周期性结构(或第二光栅)。在所示出的具体示例中，存在位于第一层中的第一(下部)光栅700和位于第二层中的第二(上部)光栅710，所有光栅都形成在衬底705上。层材料740位于第一光栅700与第二光栅710之间，该层材料(在该示意性示例中)可以包括第二层结构将被蚀刻至的材料。测量辐射720入射到第二光栅710上，从而导致形成非零(例如，第一)衍射阶730的衍射。另外，测量辐射720(零阶)中的一些测量辐射穿过第二光栅710和层材料740以将要入射到第一光栅700上，其中再次存在形成非零(例如第一)衍射阶750的衍射。来自第二光栅710的非零衍射阶730和来自第一光栅700的非零衍射阶750最终进行干涉(例如在远场中)以形成重叠信号，该重叠信号能够由传感器(例如图3(a)中所描绘的设备的传感器19或传感器23)捕获。应注意，该图被提供仅用以图示产生重叠信号的相关原理，且为了简单起见并不示出所有衍射模式(例如，未示出透射式衍射模式)。如已经描述的，可能存在第一光栅700与第二光栅710之间的故意偏移(图中未示出)。

诸如D4C之类的量测目标设计平台可以用于设计量测(重叠)目标。D4C使用户能够执行设计量测目标的所有所需步骤，而不具有来自D4C程序的创建者的干预。使适当图形用户界面(GUI)是可用的，以设定、执行、审阅和使用D4C程序的特征。通常，无需与制作工具的具体交互界面，这是因为量测目标设计主要被限制在模拟域中，而没有被限在实际器件制造域中。

诸如多物理3-D建模软件的常规目标设计工具通常使用纯粹是图形化的面积或体积元素来“拖曳”或“构建”几何结构。向那些图形元素分配多物理学参数特性。D4C方法与常规方法的基本区别在于：光刻过程自身驱动所述量测目标的3D结构的渲染，因此，设计者不必逐个元素地构建所述模型。

图8(a)示出了列举D4C方法的主要阶段的流程图。在阶段1110，选择将要用于光刻过程中的材料。所述材料可以选自通过适当的GUI而与D4C实现界面交互的材料库。在阶段1120，通过输入过程步骤中的每个过程步骤、并且构建用于整个过程序列的计算机仿真模型来限定所述光刻过程。在阶段1130，限定了量测目标，即，将包括在目标中的各个特征的尺寸和其它特性输入至D4C程序中。例如，如果在一结构中包括光栅，则必须限定光栅元件的数目、单个光栅元件的宽度、介于两个光栅元件之间的间距，等等。在阶段1140，产生3D几何形状。这个步骤也考虑是否存在与多层目标设计相关的任何信息，例如，不同层之间的相对移位。该特征实现多层目标设计。在阶段1150，对所设计的目标的最终几何形状进行可视化。如下文将更详细地解释的，不仅最终设计被可视化，而且随着设计者施加光刻过程的各个步骤，他/她能够对3D几何形状如何形成进行可视化并对由于过程诱发的效应而引起的变化进行可视化。例如，在抗蚀剂图案化之后的3D几何形状不同于在抗蚀剂移除和蚀刻之后的3D几何形状。

本公开的重要方面在于：使目标设计者实现对所述方法的各个阶段进行可视化以便于在建模和仿真期间对所述阶段的感知和控制。被称作“查看器”的不同可视化工具被构建至D4C软件中。例如，如图8(b)所示，设计者能够依赖于所限定的光刻过程和目标来查看材料曲线图1160(且也可以获得运行时间估计曲线图)。一旦创建了所述光刻模型，设计者就能够通过模型查看器工具1175来查看模型参数。设计布局查看器工具1180可以用以查看设计布局(例如，GDS文件的视觉渲染)。抗蚀剂轮廓查看器工具1185可用以查看抗蚀剂中的图案轮廓。几何形状查看器工具1190可用以查看晶片上的3D结构。光瞳查看器工具1195可以用以查看对量测工具的仿真响应。本领域技术人员将会理解，这些查看工具用以增强在设计和仿真期间设计者的理解。在D4C软件的一些实施例中可以不存在这些工具中的一个或更多个，并且在一些其他实施例中可能存在额外的查看工具。

D4C使得设计者能够设计数千或甚至数百万个设计。并非所有这些设计都将产生所需的重叠信号。为了确定产生重叠信号的这种目标设计中的一个或子集，所述D4C方法允许评估并可视化许多设计。因此，有可能识别哪些目标产生所需的重叠信号(且这些目标中的哪些提供最佳重叠响应，和/或哪些目标对于过程变化而言是最鲁棒的，等等)。

图8(c)示出了一流程图，其图示了所述D4C过程如何通过减少针对所述光刻过程的实际仿真而选择的量测目标的数目来增加总体仿真过程中的效率。如之前所提及的，D4C使得设计者能够设计数千或甚至数百万个设计。并非所有这些设计都可以相对于过程步骤中的变化而言是鲁棒的。为了选择能够抵抗过程变化的目标设计的子集，光刻人员可以有意地扰动所限定的光刻过程中的一个或更多个步骤，如在块1152所示的。扰动的引入在最初如何限定整个过程序列方面改变了整个过程序列。因此，应用受扰动的过程序列(块1154)也改变了所设计的目标的3D几何形状。光刻人员仅选择示出原始设计目标中的非零改变的扰动，并且产生所选定的过程扰动的子集(块1156)。随后利用过程扰动的这一子集来仿真所述光刻过程(块1158)。下文所描述的实施例涉及使用量测目标和量测设备来测量光刻特性的方法。

光学量测术使用从目标散射的光来提供关于光刻过程的信息。所述测量在诸如散射仪之类的光学仪器中进行。散射仪适合于测量的信息例如是重叠，其是在与两个叠置的光栅平行的平面中所述两个叠置的光栅之间的相对距离。

在基于衍射的重叠测量中，从正一阶衍射和负一阶衍射的光强差中提取所述重叠。适于从衍射光来测量重叠的已知散射仪的示例包括在US2006033921A1、US2010201963A1、US2006066855A1、US2014192338、US2011069292A1、US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A、WO2016083076A和62/320,780中描述的那些散射仪。所有这些申请的内容通过引用被具体地且完全地并入本文。

此外，期望能够使用提供最佳且鲁棒的结果的量测方法，这进而导致准确的重叠测量结果。

用于测量重叠的量测应用所面临的问题之一是扰乱从两个叠置的光栅衍射的强度的平衡的强度扰动。此外，在当前测量方法中，存在很少的选项用以区分由重叠产生的强度变化和由厚度或散射光的波长的变化产生的强度变化。扰动的另一来源由于目标的有限性而产生的，其表现为诸如边缘效应之类的强信号。此外，成像光学器件的像差也是强度扰动的来源。在当前的利用散射测量术来测量重叠的已知方法中，信号的重叠灵敏度对层厚度变化敏感。这也是利用本专利申请中所公开的实施例解决的挑战。

本文中所公开的实施例的目的是提供一种对诸如重叠之类的光刻特性的准确且鲁棒的测量的方法。另外，本文中所公开的实施例的目的是提供一种对诸如重叠之类的光刻特性的准确且鲁棒的测量的方法，其中已测量的重叠与叠层的厚度无关，所述厚度诸如是在两个叠置的光栅之间的距离。而且，本文中所公开的实施例的目的是提供一种对诸如重叠之类的光刻特性的准确且鲁棒的测量的方法，其中已测量的重叠与用来照射所述量测目标的光的波长无关。

为了解决上述不足，提出包括两个叠置的光栅的目标60，诸如图9至图12的目标60。在此示例中的目标60包括由具有节距P₂的线形成的顶部光栅(如下文提及的第二目标结构92的示例)、以及在与顶部光栅的节距P₂平行的方向上具有节距P₁并且在垂直于节距P₂和P₁的方向上具有节距P_H的国际象棋棋盘(chessboard)(也被称作棋盘格)光栅(如下文提及的第一目标结构91的示例)。当利用可见光或红外线或近红外线或紫外线或EUV光谱中的光进行照射时，所述射线遵循如图9至图12所描绘的路径。正入射光(当如在图11和图12中查看时)将由底部光栅(第一目标结构91)衍射，并且所得到的衍射阶+1和-1将由顶部光栅(第二目标结构92)衍射或散射。由顶部光栅衍射的两条射线(78A、78B)之间具有2*θ₂的角度，所述两条射线干涉并且形成条纹图案。所述条纹图案将由诸如相机或光电二极管(或多个光电二极管)之类的光强度传感器来检测并且将形成具有周期性振荡图案的图像。所述条纹周期P_f仅是节距P₁和P₂的函数。角度θ₁和θ₂和条纹周期P_f在以下方程式中给出，其中m是整数。

图13和图14中示出优选目标的一个示例。图13描绘了示例顶部光栅。图14描绘了示例底部光栅。图15中示出来自图13和图14的目标的条纹图案。从所述周期性条纹图案的移位提取所述重叠(顶部光栅与底部光栅之间的相对移位)。利用已知的信号处理技术，提取周期性信号的相位

所述周期性信号具有与由P₁和P₂确定的条纹频率相等的频率，如方程式3所示。图16和图17中示出示例信号处理工序中的步骤。图16示出由相邻两对叠置的光栅引起的感兴趣的区80中的条纹图案的信号强度(纵轴)相对于位置(横轴)的曲线图。由于重叠误差所导致的所述周期性条纹图案的移位提供了对应的相移

所述相移

能够根据对如图17所示条纹图案的空间傅里叶分析来确定。图17(a)描绘了所述条纹图案的频谱。图17(b)描绘了所述条纹图案的相位谱。由条纹周期P_f确定了频谱中的峰值。与所述峰值相对应的相位(由虚线箭头指示)提供关于条纹图案中的移位且因此提供重叠误差的信息。

具有作为顶部光栅的国际象棋棋盘图案和作为底部光栅的线/空间图案的目标60基于类似的原理工作。

图18和图19示出参数的相关性，诸如具有由条纹图案给定的频率的周期性信号的相位，所述相位是用于照射所述目标60的波长的函数(在图18中)并且是叠层厚度的函数(在图19中)。与根据方程式4的相位成正比的所述重叠并不依赖于波长或叠层厚度。

图20中示出根据实施例的替代设计，其中图20(a)描绘了顶部光栅，图20(b)描绘了底部光栅。单个目标在顶部层和底部层两者上均具有二维光栅。所述顶部目标由在X方向和Y方向两者上均具有节距P₁(例如，500nm)的2D光栅构成。所述底部目标是在X和Y两者上均具有节距P₂(例如，450nm)的棋盘格。在这种情况下，P_H＝P₂。由干涉条纹构成的基准物将会使用顶部和底部上颠倒的P₁和P₂来围绕所示的目标或邻近放置的目标。固定的、周期性地分段的衍射光栅也能够用于相位基准物。

所述照射方向将确定当前显示的是何种重叠灵敏度：对于X重叠测量，将会主要从Y方向照射所述目标；对于Y重叠测量，将会主要从X方向照射所述目标。将会依赖于照射方向和XY重叠情况来产生不同组的干涉条纹。

这种目标设计的优点在于，其通过并不重复的X目标和Y目标来减小目标覆盖面积。另一优点在于，完整的光栅区域能够用于在特定方向上的测量，即完整的区域将被干涉条纹覆盖，从而由于较大的条纹位移放大率而增强设计灵活性、重叠灵敏度、并且通过对更大组的条纹进行平均化从而减小噪声。

本发明的优点是重叠信号的测量与波长和叠层的层厚度无关。这个优点基于+1衍射阶和-1衍射阶的相等的路径长度。本发明的另一优点是由于相移与朝向照射源的目标边缘正交而导致的对于边缘效应的不灵敏性。

图21至图27描绘了又一实施例。图21示出利用光(测量辐射72)照射的具有相等节距P的光栅的目标60。这个目标60的具体示例在图24至图26中描绘并且在下文中进一步详细地描述。当在基于衍射的散射仪中利用光来照射时，这个目标60的图像可以类似于图23中被标注为141至144的正方形(其可以被称为强度子区)。当照射具有位于所述顶部光栅与所述底部光栅之间的例如为-P/8±d、P/8±d的相对移位(重叠偏置)的目标时，获得了所述正方形141至144，其中P是顶部光栅和底部光栅的相等的节距，d是任意偏置(预定常数)。这种目标60可以例如包括叠置的目标子结构151至158的多个对61至64。能够从与图像141至144中的每个图像中的强度成比例的值或其关系提取所述重叠。图23中的分量信号78的强度通过诸如方程式5中的表达式给出(下文更详细地描述)。

分量信号78的强度作为顶部光栅与底部光栅之间的重叠差X_s的函数而变化，如图27所描绘的。所示四个强度I_A-D下的每个强度与上文所提及的具有零重叠误差的四个重叠偏置中的不同的一个重叠偏置(-P/8±d、P/8±d)相对应。重叠误差将额外地使曲线向右或向左移位。能够根据强度I_A-D的改变计算出所述移位。

在诸如图22中所给出的示例(其在下文中更详细地描述)的对光的衍射射线的傅里叶分析中，在+1衍射阶和-1衍射阶之间的干涉光将与所使用的波长和叠层厚度(诸如介于光栅之间的距离)无关。使用不同照射孔是一种用以控制衍射图案的各个傅里叶分量的位置的方法，由于这些衍射阶是对重叠非常灵敏的，因此仅基于衍射的正阶和负阶来提高所述信号的可检测性。

根据实施例，提供了对目标60进行测量的方法。所述目标由光刻过程形成。上文已经参考图9至图27论述了这种方法的具体示例。下文将更详细地描述所述方法、和所述方法的变形例。

例如如图12所描绘的，所述目标60包括分层结构。第一目标结构91(周期性结构)被设置在第一层81中。第二目标结构92(周期性结构)被设置在第二层82中。层材料85位于所述第一目标结构91与所述第二目标结构92之间。层材料85可以包含或可以不包含被蚀刻以形成所述第二目标结构92的结构的材料。所述分层结构被形成在衬底87上。

利用测量辐射72照射所述目标60。所述方法包括检测由多个预定的(不同的)衍射阶74A、74B之间的干涉形成的散射辐射。使用被检测到的散射辐射来计算用于形成所述目标的光刻过程的特性(诸如，重叠误差)。

通过所述测量辐射72从第一目标结构91的衍射来产生干涉的预定衍射阶74A、74B。在实施例中，干涉的预定衍射阶74A、74B包括两个相等但相反的衍射阶，或由两个相等但相反的衍射阶构成。在图12的特定示例中，干涉的预定衍射阶包括-1衍射阶(负一阶)和+1衍射阶(正一阶)(即，相等但相反的第一衍射阶)。在其它实施例中，其它预定的衍射阶可以对由干涉(例如，零阶或更高阶)形成的被检测到的散射辐射作出贡献。

干涉的预定衍射阶74A、74B最初以相对较大的角度θ1从目标结构91发散。源自第二目标结构92的后续衍射使得干涉的预定衍射阶74A、74B更靠近在一起(如由射线78A和78B所描绘的，它们以小得多的角度θ2发散)。射线78A是由射线74A产生的-1衍射阶，射线78B是由射线74B产生的+1衍射阶。所述方法使用射线78A和78B来形成干涉图案(或由干涉引起的均匀强度的区)并且使用所述干涉图案(或由干涉引起的均匀强度的区)来测量重叠误差。通过源自第二目标结构92的后续衍射来实现对预定衍射阶之间的干涉的检测。这种后续衍射使得预定衍射阶足够靠近在一起，以便它们被检测***的物镜16高效地且同时地被接收、并且以便干涉图案(或由干涉引起的均匀强度的区)对重叠误差灵敏。在使用图3(a)所示的类型的量测设备的情况下，例如可以由第二测量支路来测量所述干涉图案。

所述干涉的预定衍射阶通过分层结构的路径长度是相等的。因此避免了由路径长度效应(例如，针对较长路径长度的较大衰减)引起的被检测到的散射辐射的强度变化。所述测量也将与目标60的厚度(例如，第一目标结构91与第二目标结构92之间的间距，所述间距也可以被称作叠层的厚度)无关。所述测量将对薄的目标60和厚的目标60是有效的。如下文将详细地描述的，被检测到的干涉图案(或由干涉引起的具有均匀强度的区)也与辐射的波长无关。这减小或避免了当测量辐射传播通过目标60时由测量辐射的光谱中的变化或差异引起的误差。

由预定衍射阶之间的干涉形成的被检测到的散射辐射作为所述第一目标结构91与所述第二目标结构92之间的重叠误差的函数而变化。存在多种方式使得所述第一目标结构91和所述第二目标结构92可以被配置成提供作为重叠误差的函数的被检测到的散射辐射的变化。上文已描述了具体示例。将在下文描述另外的具体示例。

在实施例中，干涉的预定衍射阶74A、74B是由源自第一目标结构91的反射中的衍射产生的。所产生的衍射阶74A、74B的源自第二目标结构92的后续衍射包括穿过第二目标结构92的透射中的衍射。图12示出这种类型的实施例。在其它实施例中，可以使用替代几何形状。例如，在其它实施例中，所述预定衍射阶74A、74B是由穿过第一目标结构91的透射中的衍射产生的。附加地或可替代地，后续衍射包括源自第二目标结构92的反射中的衍射。

在实施例中，干涉的预定衍射阶是由穿过第一目标结构的透射中的衍射产生的，所述预定衍射阶的源自所述第二目标结构的后续衍射包括源自所述第二目标结构的反射中的衍射。这种实施例能够用于提供与图12所示的那些射线类似的射线78A和78B，但所述第一目标结构在这种情况下将会需要在第二目标结构上方、而不是在第二目标结构下方。因而，在这种实施例中，图12中标注为91的目标结构将会对应于第二目标结构，标注为92的目标结构将会对应于第一目标结构。测量辐射72首先将会从标注为92的目标结构衍射(而不是如在图12中那样笔直传递穿过)且随后从标注为91的目标结构(在反射中)衍射第二次(在如射线78A和78B笔直传递穿过标注为92的目标结构之前)。

因而，所述测量辐射72从上部目标结构和下部目标结构以任一阶进行双重衍射。双重衍射使得不同衍射阶在一起以产生对波长和叠层厚度不灵敏的特性干涉(具有特性强度，和/或具有特性频率和相位的条纹图案)。实际上，两个衍射序列同时发生和增强。来源于单个衍射、或来源于三个衍射的衍射阶呈明显不同的角度，并且不会对所观测到的干涉(例如，强度和/或条纹图案)作出贡献。

在实施例中，所述目标60包括三对或更多对61至64的叠置的目标子结构151至158。上文参考图21至图27简要地提及了这种方法的具体示例。在图24至图26中描绘了示例目标60的结构。在这种实施例中，每对61至64的叠置的目标子结构151至158包括第一目标子结构151至154。第一目标子结构151至154被设置在第一目标结构91中(即，在第一层81中)。在这种实施例中，每对61至64的叠置的目标子结构151至158还包括第二目标子结构155至158。所述第二目标子结构155至158被设置在第二目标结构92中(即，在第二层82中)。在图24至图26的示例中，设置了四对。第一对61包括第一目标子结构151和第二目标子结构155。第二对62包括第一目标子结构152和第二目标子结构156。第三对63包括第一目标子结构153和第二目标子结构157。第四对64包括第一目标子结构154和第二目标子结构158。

每对61至64的叠置的目标子结构151至158中的第一目标子结构151至154和第二目标子结构155至158中的每个包括了具有相同节距和方向的第一周期性部件(例如，线光栅，或具有棋盘格图案的周期性部件)。在图21至图27的实施例中，第一周期性部件包括沿着至少一个方向具有节距P的光栅(例如，具有节距P的线光栅或具有节距P的棋盘格图案)。每对61至64的叠置的目标子结构151至158设置有不同的重叠偏置。将多对61至64的叠置的目标子结构151至158设置有不同重叠偏置使得有可能以高可靠性和/或高准确度来获得重叠误差，如下所述。

图22是从图21中所示出的一对61的叠置的目标子结构151、155的衍射的傅里叶空间表示。本领域技术人员将会了解，相同原理将会适用于其它多对62至64的叠置的目标子结构152至154、156至158中的每对。

图101表示所述目标子结构155的预期的衍射图案(傅里叶变换)。图102表示所述目标子结构151的预期的衍射图案(傅里叶变换)。图103表示由从组合结构的衍射产生的预期的衍射图案(傅里叶变换)，所述组合结构由目标子结构155和目标子结构151的组合形成。所述组合结构通过使目标子结构155与目标子结构151叠加(或相乘)而形成。因此能够通过图101的衍射图案与图102的衍射图案的卷积而获得图103的衍射图案，如图22所示。

图101的衍射图案包括分别由具有相关联的傅里叶系数A_-1、A₀和A₁的局部峰值所表示的-1衍射阶、零衍射阶和+1衍射阶。因为所述目标子结构155在该示例中由简单的线光栅(所述第一周期性部件)构成，所以沿着横轴对准所有峰值。因此仅空间周期性由线光栅的节距表示，所述节距进而由峰值A_-1和A₁的沿着横轴的间距表示(等于2*k，其中k＝2π/P)。

因为所述目标子结构151包括第一周期性部件和第二周期性部件两者，所以图102的衍射图案包括更多峰值。第一周期性部件平行于目标子结构155中的线光栅并且具有相同的节距P。第二周期性部件垂直于第一周期性部件(例如，棋盘格图案)。由从第一周期性部件和第二周期性部件的组合的衍射产生的峰值包括：具有傅里叶系数B_0,0的零阶峰值，和具有傅里叶系数B_-1,1、B_1,1、B_1,-1和B_-1,-1的一阶峰值。峰值B_-1,1与峰值B_1,1之间、以及峰值B_1,-1与峰值B_-1,-1之间的间距由第一周期性部件的节距P确定。峰值B_-1,1与峰值B_-1,-1之间、以及B_1,1与B_1,-1之间的间距由第二周期性部件的节距确定，其在所示的特定示例中也是P，但可以是任何其它值。

图101和图102的衍射图案的卷积在图102的峰值B_0,0、B_-1,1、B_1,1、B_1,-1和B_-1,-1的位置中的每个位置处有效地叠加图101的三个峰值A_-1、A₀和A₁。由于两个目标子结构151和155中的每个目标子结构中第一周期性部件的相同的节距P，所以图103的衍射图案中的一阶衍射峰值是由从不同的预定衍射阶产生的叠置的峰值形成的。傅里叶空间中叠置的峰值的局部性质指示了：由预定衍射阶之间的干涉形成的散射辐射将以名义上相同的角度(或在小角度范围内)从目标60输出。图103中沿着纵轴的一阶峰值中的每个一阶峰值是由与从目标子结构151的+1衍射且之后紧随从目标子结构155的-1衍射对应的峰值(A₁B_-1,1或A₁B_-1,-1)、和与从目标子结构151的-1衍射且之后紧随从目标子结构155的+1衍射对应的峰值(A-₁B_1,1或A_-1B_1,-1)的叠置而形成的。彼此干涉的预定衍射阶因而是相对于从所述对61中的第一周期性部件的衍射而被限定的(因此，在当前情况下，预定衍射阶是相对于两个目标子结构151和155中的每个目标子结构中的具有周期P的第一周期性部件而言的+1衍射阶和-1衍射阶)。图103中由叠置的峰值产生的散射辐射的强度I_0,1和I_0,-1由上文方程式5中所提供的表达式给出。在量测术中公知的是如何选择性地测量与傅里叶空间中的选定区对应的散射辐射，例如通过使用如上文参考图3所描述的孔板13来选择合适的照射模式。因此能够测量强度I_0,1和I_0,-1。

强度I_0,1和I_0,-1中的每个强度将作为每对61至64中的叠置的目标子结构151至158中的第一周期性部件之间的重叠偏移的函数而变化。强度随重叠偏移的示例变化在图27中描绘并且在上文提到。所述变化预期是至少大致成正弦的，且具有平均强度I₀。在实施例中，通过由测量在不同重叠偏置下测量该曲线的向右或向左的位置改变，来检测重叠误差。

在实施例中，不同的重叠偏置包括一对或更多对相等但相反的重叠偏置。这些重叠偏置提供了作为重叠偏移的函数的强度变化的对称采样，这预期是对信号中较高次谐波的存在是较不灵敏的。在实施例中，不同的重叠偏置包括下列四个偏置：-P/8-d、P/8+d、-P/8+d和P/8-d，其中P是第一周期性部件的节距，d是预定常数。上文已参考图21至图27论述了这种类型的示例。从图27能够看出，由这四个重叠偏置产生的强度I_A-D名义上围绕原点对称地分布。另外，通过将重叠偏置定位在名义曲线的最陡部分的任一侧的有限范围内(在P/8处)，所有强度I_A-D将被名义上定位在具有相对高的陡峭度的区处。由于重叠误差引起的所述曲线的位置的任何改变将因此导致所测量强度I_A-D的相对快速地改变，由此有助于实现高灵敏度。

四个强度I_A-D均与重叠误差OV相关，在通过以下方程式由-P/8-d、P/8+d、-P/8+d和P/8-d给出所述偏置的情况下：

I_A＝I₀+K(OV-d)

I_B＝I₀+K(OV+d)

I_C＝I₀-K(OV-d)

I_D＝I₀-K(OV+d)

这四个方程式仅包含三个未知量，因此能够被求解以发现OV：

在上文参考图21至图27所论述的类型的实施例中，由预定衍射阶之间的干涉形成的被检测到的散射辐射包括多个强度子区141至144(如图23所示)。每个强度子区141至144是由从三对或更多对61至64的目标子结构151至158中的不同的相应的一对目标子结构而衍射的测量辐射形成的。在图23的特定示例中，四个正方形强度子区141至144是由图24至图26所描绘的正方形阵列目标60提供的。虽然每个强度子区141至144由干涉形成，但在任何给定时间获得强度的仅单个值。所述强度子区141至144并不单独地包括具有任何干涉产生的空间结构的干涉图案(例如，干涉条纹图案)。空间结构的这种缺乏是在(发生干涉以产生检测强度的)峰值的傅里叶空间中较高程度的叠置的结果。对在空间上均匀强度的单个绝对值进行检测而不是对具有空间结构的图案进行检测是期望的，因为现有的测量重叠的方法(如上文参考图3至图6所描述的)也依赖于强度的单个绝对值的测量且因此能够被特别高效地调适以执行本方法。

在替代实施例中，形成了具有空间结构的干涉图案，所述空间结构被用来提取重叠。下文参考图28至图31描述了这种方法的示例。

在这种方法中，提供了包括至少一对61、62的叠置的目标子结构151至154的目标600。在图30和图31中描绘了这种目标60的示例。每对61、62的叠置的目标子结构151至154包括在第一目标结构91中(即，在第一层81中)的第一目标子结构151、152和在第二目标结构92中(即，在第二层82中)的第二目标子结构153、154。每对61、62的叠置的目标子结构151至154中的第一目标子结构151、152和第二目标子结构153、154包括具有相同方向和不同节距P₁、P₂的第一周期性部件。如下文所描述的，不同节距P₁、P₂提供在不同的预定衍射阶之间的具有空间结构的干涉图案。在实施例中，由预定衍射阶之间的干涉形成被检测到的散射辐射包括由每对61、62的目标子结构151至154形成的条纹图案。在实施例中，所述条纹图案使得第一目标结构91与第二目标结构92之间的重叠误差的变化使得每个条纹图案中条纹的位置移位(即，每个条纹图案的相位的改变)。因而能够通过提取所述条纹图案的相位而获得重叠误差。

图29是从图28所示出的所述一对61的叠置的目标子结构151、153的衍射的傅里叶空间表示。本领域技术人员将会了解，相同原理将会适用于另一对62的叠置的目标子结构152、154。

图28所示的所述一对61叠置的目标子结构151、153与图21所示的所述一对61的叠置的目标子结构151、155相同，除了下部目标子结构151的节距P1不同于上部目标子结构153的节距P2以外。另外，目标子结构151包括具有节距P₃(其可以等于P₁或P₂或任何其它值)的第二周期性部件。

图201表示目标子结构153的预期的衍射图案(傅里叶变换)。图202表示所述目标子结构151的预期的衍射图案(傅里叶变换)。图203表示由从组合结构的衍射产生的预期的衍射图案(傅里叶变换)，所述组合结构由目标子结构153和目标子结构151的组合形成。所述组合结构通过使目标子结构153与目标子结构151叠加(或相乘)形成。因此能够通过图201的衍射图案与图202的衍射图案的卷积而获得图203的衍射图案，如图29所示。

图201的衍射图案与图22中图101的衍射图案相同，除了-1和+1峰值之间的间距是由2*k₂给出(其中k₂＝2π/P₂)以外。

图202的衍射图案与图22中的衍射图案102相同，除了沿着水平方向的-1与+1峰值之间的间距由2*k₁给出(其中k₁＝2π/P₁)和沿着竖直方向的-1与+1峰值之间的间距由2*k₃给出(其中k₃＝2π/P₃)以外。

图201和图202的衍射图案的卷积有效地叠加图202的峰值B_0,0、B_-1,1、B_1,1、B_1,-1和B_-1,-1的位置中的每个位置处的图201的三个峰值A_-1、A₀和A₁。由于两个目标子结构151和153中的每个目标子结构中第一周期性部件的不同节距P1和P2，形成了包括位于图22的图103中所述叠置的一阶峰值(与预定衍射阶对应)的区中的两个不同峰值的衍射图案。所述不同峰值彼此分离，如由2π/P₂-2π/P₁所指示的。来自这些预定衍射阶的峰值在傅里叶空间中互相靠近而被定位，并且能够因此被高效地提取并且用来形成其中预定衍射阶互相干涉的强度图案。图203中来自预定衍射阶的多对峰值中的每对峰值包括：与从目标子结构151的+1衍射且之后紧随从目标子结构153的-1衍射对应的峰值(A₁B_-1,1或A₁B_-1,-1)、和与从目标子结构151的-1衍射且之后紧随从目标子结构153的+1衍射对应的峰值(A_-1B_1,1或A_-1B_1,-1)。互相干涉的预定衍射阶因而相对于从所述一对61中的第一周期性部件的衍射而被限定(在这种情况下是相对于从所述一对61中的第一周期性部件的衍射而言的+1和-1衍射阶)。图203中这些对峰值中的每对峰值的强度I_0,1和I_0,-1由方程式5的一般形式或广义形式给出，它们被标注为方程式6并且如下给出：

方程式6与方程式5的不同之处在于：强度I_0,1和I_0,-1还包括空间上周期性的项，所述项具有与

成比例的节距(其也可以被称作摩尔(Moiré)周期)和与重叠偏移X_s成比例的相位。所述空间上周期性的项限定了由强度I_0,1和I_0,-1形成的条纹图案的节距和相位。重叠误差将导致条纹图案的相位的移位。相位的测量因此能够用于测量重叠误差。相位对重叠误差的灵敏度能够根据期望通过对P₁和P₂的适当选择而改变。

产生具有空间结构的干涉图案(例如，条纹图案)实现空间频域中的滤波(如图17所描绘的)。能够去除与重叠并不相关的对于被检测到的辐射强度的贡献。能够被排除的强度贡献的示例包括目标边缘峰值、不对称照射和来自相邻器件或其它结构的散射光。因此能够以高的准确度和可靠性来提取所述干涉图案的相位。

条纹图案的相位有利地随着遍及+π至–π的相位范围的重叠误差而线性地变化。这种线性变化便于校正并且提供了均匀的灵敏度。

在实施例中，在图32中描绘了目标的示例，所述目标60还包括用以充当相位参考的参考结构R1。所述参考结构R1提供具有与所述条纹图案相同周期性的辐射图案。所述参考结构R1被设置成使得在来自参考结构R1的辐射图案中实质上不存在作为第一目标结构91与第二目标结构92之间的重叠误差的函数的条纹的位置移位。例如，参考结构R1可以被完全地形成在所述目标的单个层内。因而，条纹图案与来自参考结构R1的辐射图案之间的相对移位能够用于获得重叠误差。在图32的特定示例中，目标60包括四个目标结构91至94，但应了解，所述原理能够适用于仅包含两个目标结构(例如，正如在图30和图31中的情况)或任意其它数目的目标结构的目标60。

提供相位参考的替代或附加方法是提供一种产生作为重叠误差的函数而相对于彼此在相反方向上移动的多个条纹的目标60。这种类型的示例目标60在图30和图31中描绘。所述目标60至少包括第一对61的叠置的目标子结构151和153，以及第二对62的叠置的目标子结构152和154。在第一对61的第叠置的目标子结构151和153中，第一目标子结构151的第一周期性部件具有第一节距P₁，第二目标子结构153的第一周期性部件具有第二节距P₂。在第二对62的叠置的目标子结构152和154中，第一目标子结构152的第一周期性部件具有第二节距P₂，第二目标子结构154的第一周期性部件具有第一节距P₁。从方程式6的检查可见的，以这种方式调换P₁和P₂导致了所述目标60产生来自作为重叠误差的函数在与来自第二对62的叠置的目标子结构152和154的条纹图案相反的方向上移动的第一对61的叠置的目标子结构151和153的条纹图案。图13和图14描绘了用于这种类型的目标60的示例图案。图13描绘了适合于目标子结构153的图案(右)和适合于目标子结构154的图案(左)。图14描绘了适合于目标子结构151的图案(右)和适合于目标子结构152的图案(左)。图15描绘了示例条纹图案。右侧条纹图案对应于第一对161的叠置的目标子结构151和153。左侧条纹图案对应于第二对62的叠置的目标子结构152和154。

图33图示了使用具有共同节距和不同重叠偏置的多对目标子结构来测量重叠误差的方法(如上文例如参考图21至图27所述)与使用具有不同节距的成对的目标子结构来测量重叠误差的方法(如上文例如参考图28至图32所描述的)之间的对应性。图33(a)示出具有节距P₁的示例第一目标结构91和具有节距P₂的示例第二目标结构92的一部分。能够利用节距差来产生如上文所描述的条纹图案。能够从条纹图案的空间相位的改变提取重叠误差。使用具有相同节距P但不同重叠偏置的多对目标子结构的替代方法能够被视为有效地对将会使用具有不同节距的目标结构产生的条纹图案进行采样。图33(b)示出从图33(a)的布置提取的示例区段401至405。每个区段401至405将具有在第一目标结构91与第二目标结构92的在所述区段中的所述部分之间的不同的平均移位。随后能够由具有相同节距和与区段401至405的平均移位相等的重叠偏置的相应对目标子结构411至415来近似每个区段401至405，如图33(c)所示。因而，例如，对411具有等于区段401中的平均移位的重叠偏置，对412具有等于区段402中的平均移位的重叠偏置，等等。所得到的图33(c)的多对子结构411至415因而提供图33(a)的整个布置的近似。与图33(c)的多对目标子结构411至415对应的强度值的测量有效地对直接由图33(a)的布置形成的条纹图案的强度的变化进行了采样。因而能够检测到条纹图案的相位的移位。因此也能够检测到与相位的移位成比例的重叠误差。

在实施例中，例如，如图32所描绘的，所述目标60包括分别在分层结构的一个或更多个另外的层83、84中的一个或更多个另外的目标结构93、94。因而，除上文所论述的实施例的第一目标结构91和第二目标结构92(分别在层81和82中)以外，设置了另外的目标结构93、94。在这种实施例中，目标60包括位于分层结构的多个不同的对应层对的中每个层对中的至少一对叠置的目标子结构。在分层结构的不同的对应层对中的多对叠置的子结构的每对叠置的子结构包括了节距差不同的多个第一周期性部件，由此提供了对于分层结构的不同层对中的每个层对具有不同空间频率的条纹图案。在图32的示例中，目标结构91至94分别包括具有节距P₁至P₄的第一周期性部件。不同对的目标结构具有不同的节距差，例如P₁-P₂≠P₁-P₃≠P₁-P4等。因而，由不同对所产生的条纹图案具有不同的空间频率并且能够因此被分辨。不同的频率允许不同条纹频率来对不同的信息进行编码，例如针对每个不同的条纹频率的单独的重叠值。因此能够经由对所述目标上的同一区的单次照射来同时获得关于目标中的不同层对的重叠误差。因此在没有多个不同的目标和/或多个不同的测量步骤的情况下，详细的重叠测量是可能的。

在所示实施例中，多个参考结构R1至R3为所考虑的多对目标结构中的每对目标结构提供相位参考。参考结构R1充当相对于由目标结构91和92形成的条纹的相位参考(例如，通过形成具有与由目标结构91和92形成的条纹相同的节距的条纹)。参考结构R2充当相对于由目标结构91和93形成的条纹的相位参考(例如，通过形成具有与由目标结构91和93形成的条纹相同的节距的条纹)。参考结构R3充当相对于由目标结构91和93形成的条纹的相位参考(例如，通过形成具有与由目标结构91和93形成的条纹相同的节距的条纹)。可以根据需要提供更少的或附加的参考结构。

在上文所描述的实施例中的任一实施例中，每对目标子结构可以包括具有在相对于第一周期性部件的不同方向上定向的第二周期性部件的至少一个目标子结构(即，每对目标子结构中的任一个或两个目标子结构每个都包括这种第二周期性部件)。例如，所述第二周期性部件可以垂直于所述第二周期性部件定向。第二周期性部件用以在光瞳平面(傅里叶空间)中独立地与控制所述干涉条纹相位和频率、来自零阶散射辐射的干涉的预定衍射阶的傅里叶分量分离，由此改善能够检测由预定衍射阶之间的干涉形成的散射辐射的准确度。减小了来自零阶辐射的污染。另外，第二周期性部件改变了由预定衍射阶之间的干涉形成的散射辐射离开目标60的角度(参见例如图9至图11)。所述第二周期性部件因而能够被配置成确保所述角度适合于量测***的检测***(例如，使得散射辐射进入所述检测***的物镜16的光瞳和/或允许所述辐射被引导至所述检测***的检测器阵列上的特定部位)。所述第二周期性部件因此同时使得有可能：(a)在一个平面内具有对称的双重衍射的阶和(b)在另一个典型地正交的平面中具有来自零阶的选定的承载信息的阶的间距。

相对于所述第一周期性部件具有沿不同方向定向的第二周期性部件的目标子结构可以呈各种形式，包括下列中的一种或更多种：由正方形元素或矩形元素形成的棋盘格图案、和由绕与所述棋盘格图案的平面垂直的轴线旋转达预定角度的正方形元素或矩形元素形成的倾斜的棋盘格图案。

由正方形元素形成的示例棋盘格图案例如在图14和图20(b)中示出。图34中示出由矩形(非正方形)元素形成的示例棋盘格图案。图35中示出示例倾斜的棋盘格图案。已发现所述棋盘格图案由于衍射图案中相对低水平的不需要的谐波而特别有效地起作用。在期望避免棋盘格的元素之间的拐角与拐角的接触的情况下，所述倾斜的棋盘格图案可能比常规棋盘格图案更受青睐。然而，可以使用其它图案。可以例如使用其中所有正方形元素沿着X和Y两者对准的棋盘格图案的变形例，如图20(a)所示。在替代实施例中，设置一对目标子结构，其中顶部光栅具有节距P₁，底部光栅具有节距P₂。所述底部光栅上的光栅线被设置成相对于所述顶部光栅呈倾斜角θ。所述底部光栅包括多个光栅区段。第一组光栅区段包括已旋转+θ的光栅线。第二组光栅区段包括已旋转-θ的光栅线。可替代地或附加地，来自不同组的区段可以相对于彼此散布，以形成相等的且相反地旋转的光栅区段的周期性图案。已旋转的区段产生在与棋盘格相同角度的衍射，但不存在各个结构元素的拐角与拐角的接触。在另一替代实施例中，棋盘格图案被形成为具有圆形边缘或不相等的矩形空间比。

在例如图20(a)中示出典型的二维光栅的示例。

在图36至图39中示出特定目标结构的另外的示例。在这些图中的每个图中，(a)所示的图案对应于第二目标结构92(顶部目标)，(b)所示的图案对应于第一目标结构91(底部目标)。然而，可以颠倒所述图案。

图36(a)描绘了具有沿着Y(图中竖直)的16微米和沿着X(图中水平)的32微米内的覆盖面积的第二目标结构92。这些仅是示例性尺寸。目标子结构301和303是节距(P₁)＝450nm的线光栅。目标子结构302和304是节距(P₂)＝500nm的线光栅。

图36(b)描绘了被配置成与图36(a)的第二目标结构92形成多对目标子结构的第一目标结构91。目标子结构311和313(分别与目标子结构301和303配对)包括具有与目标子结构301和303的节距P₁平行的节距(P₂)＝500nm以及沿竖直方向的节距(P_H)＝500nm的棋盘格图案。目标子结构312和314(其分别与目标子结构302和304配对)包括具有与目标子结构302和304的节距平行的节距(P₁)＝450nm、以及沿竖直方向的节距(P_H)＝500nm的棋盘格图案。因而，在这种示例中，P₁＝450nm，P₂＝500nm。目标子结构301、302、311和312提供对图中竖直方向上的重叠误差的灵敏度。目标子结构303、304、313和314提供对图中水平方向上的重叠误差的灵敏度。

图37描绘了与图36中相同的第二目标结构92和第一目标结构91，除了P₁＝600nm、P₂＝700nm和P_H＝700nm以外。图36和图37中P₁、P₂和P_H的值仅是示例性的。

图38(a)描绘了具有沿着Y(图中竖直)的16微米和沿着X(图中水平)的32微米内的覆盖面积(仅是示例性的)的第二目标结构92。目标子结构301A和301B包括具有节距(P₁)＝450nm的平行周期性部件的光栅。目标子结构303A和303B也包括具有节距(P₁)＝450nm的平行周期性部件的光栅(垂直于301A和301B)。外部光栅301A和303A附加地包括在竖直方向上的节距(P_H)＝500nm的周期性。

目标子结构302A和302B包括具有节距(P₂)＝500nm的平行周期性部件的光栅。目标子结构304A和304B也包括具有节距(P₂)＝500nm的平行周期性部件的光栅(垂直于302A和302B)。外部光栅302A和304A附加地包括在竖直方向上的节距(P_H)＝500nm的周期性。

外部光栅301A、302A、303A和304A的二维结构产生内部光栅301B、302B、303B和304B的条纹周期的两倍条纹周期。对于降低相位模糊性而言，使条纹周期加倍可能是期望的，例如，在重叠导致(由内部光栅产生的)内部组的条纹具有相移π的情况下，(由外部光栅产生的)外部组的条纹将会具有相移π/2。由此增大了明确测量或非模糊测量的范围。

图38(b)描绘了被配置成与图38(a)的第二目标结构92形成多对目标子结构的第一目标结构91。目标子结构311和313包括了具有与目标子结构301A、301B、303A和303B的节距(P₁)平行的节距(P₂)＝500nm和在竖直方向上的节距(P_H)＝500nm的棋盘格图案。目标子结构312和314包括具有与目标子结构302A、302B、304A和304B的节距(P₂)平行的节距(P₁)＝450nm、以及沿竖直方向的节距(P_H)＝500nm的棋盘格图案。

图39(a)描绘了具有沿着Y(图中竖直)的16微米和沿着X(图中水平)的32微米内的覆盖面积(仅是示例性的)的第二目标结构92。目标子结构321至324包括具有相同节距(P)＝500nm但不同重叠偏置的线光栅。重叠偏置由-P/8-d、P/8+d、-P/8+d和P/8-d给出，其中d＝20nm，从而产生-82.5nm、-42.5nm、42.5nm和82.5nm的重叠偏置。目标子结构321至324提供对于Y方向上的重叠误差的灵敏度(结合第一目标结构91)。目标子结构325至328垂直于目标子结构321至324而定向，但在其它方面与目标子结构321至324相同。目标子结构325至328因此提供对于X方向上的重叠误差的灵敏度(结合第一目标结构91)。

图39(b)描绘了被配置成与图39(a)的第二目标结构92形成多对目标子结构的第一目标结构91。目标子结构330包括具有与目标子结构321、322、323和324的节距(P)平行的节距(P)＝500nm和在竖直方向上的节距(P_H)＝500nm的棋盘格图案(即，包括正方形元素的棋盘格图案)。棋盘格图案也提供与目标子结构325、326、327和328的节距(P)平行的节距(P)＝500nm和竖直方向上的节距(P_H)＝500nm。

在实施例中，提供一种量测设备，所述量测设备能够操作以执行本文所描述的测量目标的方法中的任一种。所述量测设备可以例如如上文在图3(a)中所描述的那样被配置。照射***利用测量辐射来非对称地照射使用光刻过程在衬底上产生的目标60。检测***检测由对目标60的照射引起的散射辐射。检测***可以至少包括图3(a)所描绘的第二测量支路。所述检测***可以包括检测由预定衍射阶之间的干涉形成的散射辐射的传感器23。

提取重叠的常规方法对衍射波之间的路径长度差(称为摆动曲线的效应)很灵敏，因此需要对每个新层进行广泛的校准和选配方案优化。本文描述的方法提供了对路径长度灵敏度的改善。在暗场中观察到的波已经以最小化/消除路径长度差的这种方式衍射了两次，因此最小化/消除了摆动曲线。换句话说，目的是使目标近似于共同路径干涉仪。使用本文所述的目标(无论是来自垫的强度还是来自摩尔条纹(“基于相位”))来测量重叠，比常规的基于暗场衍射的重叠(μDBO)方法更容易且更稳定。对于晶片上的厚度变化，它也是鲁棒的。它还允许宽带照射(本质上是固有的波长多路复用)，在单次拍摄中带来多波长采集的优势，并且在比常规的传统基于暗场衍射的重叠(μDBO)方法更厚的叠层中使用。

然而，当与角度分辨散射仪一起使用时，本文描述的方法可能仍然遭受路径长度灵敏度的困扰，该角度分辨散射仪从一角度范围内照射目标。这种路径长度灵敏度是由于存在太多具有不同路径长度的双重衍射波而引起的。下面参考图40至49描述该问题。参考图50至55描述解决方案。

在图40-49中，图示了以下元件。

顶部叠置的目标子结构T和底部叠置的目标子结构B示出在图40和41的物理横截面中。例如，如图43和44所示，子结构被厚度为D的中间层隔开。顶部子结构T(或T1或T2)是在x方向

上具有节距p₁的线性光栅。底部子结构B是在y方向

上具有节距p_h并且在x方向

上具有p₂的棋盘格光栅。在这一示例中，p₂<p₁。

在图42至44、46、47、50和51中，当光线在T₁处透射通过顶部子结构T、接着从底部子结构B反射、接着在T₂再次透射通过顶部子结构T₂时，发生衍射的界面分别标注为T₁、B和T₂。

入射的和镜面反射的零阶射线标注为u，在图40中标注为平行射线u₁和u₂。

相对于底部子结构B入射的已经在T₁的透射中进行了衍射的单衍射射线标注为v₁和v₂。相对于底部子结构B出射的已经在B处的反射中进行了衍射的单衍射射线被标注为v₃和v₄。非传播射线标注为v₁'和v₃'。

相对于底部子结构B出射的已经在B处的反射中进行了它们的二次衍射或二级衍射的双重衍射射线被标注为w₁和w₂。也相对于底部子结构B出射的已经在T₂处的反射中进行了它们的二次衍射的双重衍射射线被标注为w₃和w₄。在3D表示中，出射射线被示出为入射到屏幕SCR上。

在以上公开的目标设计中，通常总共有四个相干波传播到传感器，如图40至42所示。入射光u在顶部光栅T₁处、然后在底部光栅B(在该示例中为棋盘格)、最后再次在顶部光栅T₂衍射。仅绘制了在低NA(数值孔径)下从目标射出的光路，因为这些光路是通过示例散射仪的0.4NA光瞳光阑NA_ps的光路。在该示例中，光瞳光阑限定检测孔，如图3(a)中的21a所示。在图45、49、52、53(a)、54(a)和55(a)的光瞳平面上等效地绘制了该NA滤波。在这些图中，NA_st表示折射率高于1(例如这里为1.4)的叠层内部的波的传播极限。NA_sn表示传感器的0.95数值孔径。

四个出射波被标注为w_l-4。在图40至图55中，由于p₁与p₂并不相等，因此在射线之间存在小的残余角度，这导致在放置于目标之后的屏幕(或等效地，摄影机)上形成条纹。

图40(a)至图40(c)描绘了在(a)在反射接着透射中(2个波)、(b)在透射接着反射中(2个波)和(c)在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下(4个波)的双重衍射下示例射线的通过目标的在2D下的轨迹。

图40(a)具有与图21相同的特征，但被不同地标注以辅助对射线的描述。

图41(a)至图41(c)描绘了在(a)在反射接着透射中、(b)在透射接着反射中和(c)在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下的双重衍射下重合的示例射线的通过目标的2D轨迹。

图42(a)至图42(c)描绘了在(a)在反射接着透射中、(b)在透射接着反射中和(c)在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下的双重衍射下的重合的示例射线通过展开路径的在2D下的轨迹。图42因此图示了与在图41中相同的射线的轨迹，但不具有由底部子结构处的反射引起的方向反转。射线的轨迹接着沿着页面继续。这样做是为了更明确地图示双重衍射的步骤。

图43(a)至图43(c)描绘了在(a)在反射接着透射中、(b)在透射接着反射中和(c)在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下的双重衍射下重合的示例射线通过展开路径的在3D下的轨迹。

图44(a)至图44(c)描绘了在(a)在反射接着透射中、(b)在透射接着反射中和(c)在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下的双重衍射下重合的示例射线通过目标的2D轨迹。

图45(a)至图45(c)描绘了(a)通过棋盘接着光栅、(b)通过光栅接着棋盘和(c)通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况下的双重衍射的傅里叶空间表示。图45、49、52、53(a)、54(a)和55(a)中的傅里叶空间表示图示了散射仪的光瞳平面。

图45(a)至图45(c)中的每个小圆圈表示射线的角度，分别在相应的图43和44(a)至44(c)中示出。例如，图45(a)示出了入射射线u，该射线沿垂直于顶部光栅子结构T的周期性x方向的平面入射。因此，射线u处于穿过光轴(同心NA圆的中心)的照射光瞳中的假想线IL上。

底部光栅子结构B的棋盘格在傅立叶空间中具有四个对角衍射方向，如图22中的102所示。因此，底部光栅子结构B的衍射被示出为对角线。例如，在图45(a)中，入射射线u对角衍射(在k空间中)到标注为v₃和v₄的方向上。沿与所示箭头相反的方向远离标注为u的小圆圈指向的对角箭头(未示出)会导致位于数值孔径圆之外的衍射射线(未示出)，因此射线不会传播。

顶部子结构T的线性光栅在k空间表示中导致水平衍射，如图22中的101所示。因此，在图45(a)中，射线v₃和v₄在T₂处分别水平衍射(在k空间中)至射线w₃和w₄。

在图45(a)中，在B处接着在T₂处进行双重衍射的最终结果是，出射射线w₃和w₄处于在0.4NA光瞳光阑NA_ps内捕获的角度。

图43-45(b)示出了通过光栅接着棋盘进行双重衍射的相应视图。在图45(b)中，在T₂处接着在B处进行双重衍射的最终结果是，出射射线w₂和w₁处于在0.4NA光瞳光阑NA_ps内捕获的角度。

图43-45(c)示出了同时发生的43-45(a)和43-45(b)中所图示的射线和衍射，它们组合成一组图。在图45(c)中，在T₂处接着在B处进行双重衍射的最终结果是，出射射线w_2,3和w_1,4处于在0.4NA光瞳光阑NA_ps内捕获的角度。

棋盘格光栅是有用的，因为它滤除某些衍射阶，同时还可以在不同于线性光栅的方向上提供衍射。具有周期p₁和分段p₂的线性光栅(正交节距光栅)将在k空间中的所有八个方向上利用水平、竖直和对角线箭头进行衍射。但是由于存在附加的干涉，棋盘格只能保留其中四个方向。如果将正交节距光栅用作底部光栅子结构，则入射射线u还将在图45(a)中在正下方(以及对角线)衍射，从而产生0.4NA光瞳光阑NA_ps内的射线。这将大大降低测量的对比度。仅具有对角线方向的棋盘格实现如下设计：其中只有衍射两次的波w₃和w₄才能进入中心的光瞳光阑NA_ps的检测孔。

45度旋转的光栅沿着仅一个对角线类似于垂直光栅衍射，因此具有两个衍射阶。如果将0度旋转光栅用作顶部子结构，并将45度旋转光栅用作底部子结构，则可以形成传播通过检测光瞳-光阑孔的两个光学路径，但所得的干涉图案将不会携带重叠信息。棋盘格的优点在于：所收集的射线已沿着不同对角轴从棋盘格衍射，以便将重叠信息置在图像中。

如果折射率大于1，则波在进入叠层和从叠层出射时应被折射，因此在T₁和T₂两者处被折射。因为在该示例中叠层NA_st的有效NA大于1(1.4)，故应存在折射(示出为在T₁和T₂处的射线的进一步弯曲)以在这方面使该图一致。然而，为避免混淆而未绘制折射。在类似于此无折射地进行绘制的情况下，对方向的任何改变都指示衍射，追踪衍射在解释实施例方面是重要的。包括折射将会使得2D图过于复杂，并且3D图难以理解。而且，物理上，折射并不改变所述方法，它基本上为所有角度的径向重新按比例调整，因此照射不对称性具有相同的效应。

图40至图45图示在垂直于顶部子结构的周期性方向的假想平面中的入射射线u的衍射。观测到的暗场强度来自这四个波的干涉，其因此由4x4＝16项组成。如果针对所使用的波长和入射角度，四个路径长度完全相等，则我们将在所有十六个强度项中找不到摆动曲线。

然而，由于角度分辨散射仪照射源能够利用处于不同角度的连续波进行照射，故考虑入射角度之范围是重要的。因此，四个波的路径并不相等，从而导致关于一些项的残余摆动曲线行为。这在图46至图49中进行图示。

图46描绘相对于假想平面(这里为zy平面)以在xz平面中呈任意角度θ_xzl的重合的示例射线通过展开路径的在3D下的轨迹，该假想平面垂直于顶部光栅的周期性方向(这里为x)。假想平面由处于平面上的线IP描绘。所述轨迹在反射/透射中接着在透射/反射中的两种情况下具有双重衍射。

图47描绘了在在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下的双重衍射下以在xz平面中呈任意角度θ_xzl的重合的示例射线通过展开路径的在2D下的轨迹。图47为在双重衍射的平面中从图46的光学路径的侧视图。在正交于图47中所示出的平面的单次衍射的平面中，所有四个路径相等，因为其在棋盘格底部光栅B处都仅衍射一次。

在图47中，在叠层内部示出四个路径，以用于在该平面中以任意角度θ_xzl进行照射(角度分辨散射仪照射的一般状况)。清楚地是，以w₄和w₂结束的路径几乎相等，从而几乎在叠层内部形成平行四边形，且相同的情形对于以w₁和w₃结束的路径也成立。然而，较长和较短路径长度射线的组合导致对叠层厚度的灵敏度。

图49描绘了利用在xz平面中呈任意角度θ_xz1的照射，通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况下的双重衍射的傅里叶空间表示。

图48为作为入射角θ(单位为度)的函数的不同射线的路径长度的图。可以定义标注为w_n和w_m的射线之间的路径长度差nm(其中n,m＝1..4)。路径长度差13、21和24在图48中针对短于所使用的节距(<p)且长于所使用的节距(>p)的波长，以叠层厚度为单位表示，遍及一入射角度范围进行图示。清楚的是，针对许多角度和波长，路径长度并不相等。如果路径长度差以大于波长而变化，则这将导致暗场图像中的对比度损失和假影。依赖于使用哪些波长和角度，以及光栅的衍射属性和叠层厚度，这能够意味着摆动曲线项支配强度，从而减少了通过本文中所描述的双重衍射得到的益处。从图48明白的是，24横跨入射角θ的整个范围接近为零。因此，如果仅允许射线w₂和w₄传播，则可能极大地降低叠层厚度和摆动曲线效应。

能够通过在双重衍射平面中不对称地照射目标(即从一侧比另一侧更多地照射)，使得仅存在四个波中的两个波(例如仅存在图47中的w₂和w₄)来减轻路径长度问题。实际上，这阻碍了作为入射角的函数的不需要的路径长度变化的来源的射线w₁和w₃的传播，从而留下具有更相似的路径长度的w₂和w₄。通过这样做，仅留下图48中的24曲线，到目前为止具有最低路径长度差。如果顶部与底部光栅中的节距相等(这意味着不存在用于基于相位的基于衍射的重叠测量的条纹，但从平均偏置垫强度提取重叠，类似于在常规基于强度的基于衍射的重叠中)，则两个光学路径相等，且由于路径长度保持而不存在摆动曲线(即，其为真实的共同路径干涉仪)。

在具有来自单象限的照射的量测设备中，设计原理(针对基于相位的基于衍射的重叠测量)的示例在图50至图55中示出。

图50描绘了以在xz平面中呈照射角度θ_xzl的重合的示例射线通过展开路径的在3D下的轨迹，该照射角度配置成限制在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下的双重衍射的传播。

图51描绘了以在xz平面中呈照射角度θ_xzl的重合的示例射线通过展开路径的在2D下的轨迹，该照射角度配置成限制在反射/透射中接着在透射/反射中两种情况下的双重衍射的传播。

图52描绘了双重衍射的傅里叶空间表示，其中xz平面中的照射角度被配置成限制通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况下的传播。尽管存在入射角θ_xzl的足够倾斜以限制长路径射线的传播(通过阻碍v_l'和v₃'的传播)，但从图52能够看到，仍存在关于双重衍射射线的检测的问题。标注为w₂的射线在光瞳光阑数值孔径和检测孔NA_ps之外。这意味着射线w₂将不会到达传感器。如图53至图55所图示，这一问题可以被克服。图53示出了来自一点的不对称照射和通过使光瞳平面中的检测区移位距离H而对倾斜的校正。在图54中，使用象限检测孔示出使检测区移位的另一方式。在图55中，通过在检测分支中使用“四方楔形件”使检测区偏转而对倾斜作出校正。

图53(a)描绘了双重衍射的傅里叶空间表示，其中xz平面中的照射角度被配置成将通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况下的传播限制至偏移检测孔NA_ps。图53(b)描绘了与图53(a)的傅里叶空间表示相对应的照射轮廓532和偏移检测孔534。

图54(a)描绘了双重衍射的傅里叶空间表示，其中xz平面中的照射角度被配置成将通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况下的传播限制至象限检测孔。图54(a)对应于图52，但替代射线u、v和w表示照射轮廓的区和衍射区。图54(b)描绘了与图54(a)的傅里叶空间表示相对应的照射轮廓542和偏移检测孔544。类似地，图55(a)中示出了正方形区。

图55(a)描绘了双重衍射的傅里叶空间表示，其中xz平面中的照射角度被配置成将通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况的传播限制至四方楔形件。图55(b)描绘了与图55(a)的傅里叶空间表示相对应的正方形的不对称的照射轮廓552和四方楔形件554(和侧视图中的556)。

在图55(a)中，示出传感器光瞳，其归因于“四方楔形件”(诸如图3中的21b)而具有标注为Q1-Q4的四个象限。与在图45、图49、图52、图53(a)和图54(a)中类似，点虚线指不在叠层内部传播的波(其在图51中示出在T₁与T₂界面之间)的有效传播限制NA_st。由于入射波的NA相对于光瞳中心移位H，故叠层中分别经由Q3和Q4衍射的波v₄和v₂能够传播，但在相反方向上衍射的波v₁和v₃并不传播，因为它们在有效的NA之外。

一实施例包括测量由光刻过程形成的目标的方法，所述目标包括分层结构，所述分层结构具有在第一层中的第一目标结构(B)和在第二层中的第二目标结构(T)。该方法以将目标定位在光学***的光轴中开始，该光学***在该光学***的相应的光瞳平面中具有照射光瞳和检测光瞳。

图50至图55图示通过使用照射光瞳中的照射轮廓、利用在xz平面中呈照射角度θ_xzl的测量辐射u来照射目标，该照射轮廓从假想线IL(在图52中

)偏移且在本示例中关于假想线IL对称，该假想线IL在照射光瞳中穿过光轴(图52至55中的圆心)。假想线IL对应于目标结构的周期性方向(图50中的

)。照射轮廓被配置为允许传播到预定衍射阶v₂(或v₄)的允许阶的检测光瞳的检测区，同时限制该预定衍射阶中的相等但相反的阶v₁'(或v₃')传播到所述检测区。检测到多个所允许的衍射阶w₄和w₂的散射辐射。所允许的衍射阶通过来自第一目标子结构T的测量辐射的衍射而产生，随后从第二目标子结构B衍射。多个所允许的衍射阶的散射辐射可以以参考图12至18所述的方式通过多个所允许的衍射阶之间的干涉而形成。

照射轮廓被配置为使得通过允许反射阶v₄在源自第一目标结构B反射中的反射阶v₄的衍射来生成所允许衍射阶中的第一衍射阶w₄，同时限制反射阶数相等但相反的阶v₃'传播至检测区。来自第二目标结构的所允许衍射阶中的第一衍射阶的后续衍射w₄包括通过第二目标结构T的透射(在T₂)的衍射。所允许衍射阶中的第二衍射阶w₂通过在通过第二目标结构T的透射(在T₁)中的透射阶v₂的衍射产生，同时限制透射阶数相等但相反的阶v₁'传播到检测区。来自第二目标结构的第二允许衍射阶的后续衍射w₂包括在源自第一目标结构B的反射中的衍射。在该示例中，受到限制的传播是传播的阻碍。这在图50和51中以虚线v₁'和v₃'示出。在图52中，通过在有效叠层NA，NA_st之外的小圆圈(表示射线)v₁'和v₃'示出了传播的限制。

如上所述，光刻过程的特性通过使用所允许的衍射阶的被检测到散射辐射来计算。在该示例中光刻过程的特性包括在第一目标子结构和第二目标子结构之间的重叠误差。

所述目标可以包括三对或更多对(例如参考图24-26所述的61-64)叠置的目标子结构(例如参考图24-26所描述的151-158)。每对叠置的目标子结构包括在第一目标结构中的第一目标子结构和在第二目标结构中的第二目标子结构。每对叠置的目标子结构中的第一目标子结构和第二目标子结构中每一个都包括具有相同节距和方向的第一周期性部件。每对叠置的目标子结构设置有不同的重叠偏置。

所允许的衍射阶的被检测到的散射辐射包括多个强度子区(如图54至图55中所示出)，每个强度子区具有空间上均匀强度且由从三对或更多对目标子结构中的不同的对应对衍射的测量辐射形成。光刻过程的特性的计算可以使用每个强度子区中的强度水平来确定光刻过程的特性。

相对于从每对目标子结构中的第一周期性部件的衍射来定义预定衍射阶。

重叠偏置可以包括一对或更多对相等但相反的重叠偏置。三对或更多对目标子结构可以包括四对目标子结构。

如参考图27所描述，重叠偏置可以包括如下：-P/8-d、P/8+d、-P/8+d和P/8-d，其中P是第一周期性部件的节距，d是预定常数。

如上文所描述的，多个所允许的衍射阶的被检测到的散射辐射可以通过所允许衍射阶之间的干涉形成且可以包括条纹图案。在这一状况下，光刻过程的特性的计算可以包括通过提取条纹图案的相位来计算第一目标结构与第二目标结构之间的重叠误差。所述目标包括至少一对叠置的目标子结构，每对叠置的目标子结构包括第一目标结构中的第一目标子结构和第二目标结构中的第二目标子结构。每对叠置的目标子结构中的第一目标子结构和第二目标子结构中的每个目标子结构都可以包括具有相同方向和不同节距的第一周期性部件。通过所允许的衍射阶之间的干涉形成的被检测到的散射辐射可以包括由每对目标子结构形成的条纹图案。所述目标可以进一步包括参考结构，所述参考结构配置成提供周期性与条纹图案相同的辐射图案，其中所述参考结构被设置成使得：作为第一目标结构与第二目标结构之间的重叠误差的函数，在辐射图案中实质上不存在条纹的位置移位。

如上文所描述的，所述目标可以至少包括第一对叠置的目标子结构和第二对叠置的目标子结构。在第一对叠置的目标子结构中，第一目标子结构的第一周期性部件具有第一节距，第二目标子结构的第一周期性部件具有第二节距。在第二对叠置的目标子结构中，第一目标子结构的第一周期性部件具有第二节距，第二目标子结构的第一周期性部件具有第一节距。

如上文所描述的，所述目标可以包括分别在分层结构的一个或更多个另外的层中的一个或更多个另外的目标结构。所述目标可以包括位于分层结构的层的多个不同的对应层对中的每个层对中的至少一对叠置的目标子结构，其中在所述分层结构的不同的对应层对中的多对叠置的子结构中的每对叠置的子结构包括节距差不同的第一周期性部件，由此提供对于所述分层结构的不同层对中的每个层对具有不同空间频率的条纹图案。

如上文所描述的，多对目标子结构中的每对目标子结构中的任一个或两个目标子结构中可以每个包括相对于第一周期性部件沿不同方向定向的第二周期性部件。所述第一周期性部件可以垂直于所述第二周期性部件定向。具有相对于第一周期性部件沿不同方向定向的第二周期性部件的目标子结构可以包括以下中的一个或更多：由正方形元素形成的棋盘格图案(诸如参考图20(b)所描述的)或由矩形元素形成的棋盘格图案(诸如参考图34所描述的)，和由绕垂直于棋盘格图案的平面的轴线旋转达预定角度的正方形元素或矩形元素形成的倾斜的棋盘格图案(诸如参考图35所描述的)。

如上文所描述的，所述目标结构可以包括第一周期性部件和第二周期性部件，所述第二周期性部件相对于第一周期性部件沿不同方向定向。所述第一周期性部件可以垂直于所述第二周期性部件定向。具有相对于第一周期性部件沿不同方向定向的第二周期性部件的目标结构可以包括以下中的一个或更多：由正方形元素形成的棋盘格图案(诸如参考图20(b)所描述的)或由矩形元素形成的棋盘格图案(诸如参考图34所描述的)，和由绕垂直于棋盘格图案的平面的轴线旋转达预定角度的正方形元素或矩形元素形成的倾斜的棋盘格图案(诸如参考图35所描述的)。

一实施例可以包括诸如参考图3所描述的量测设备。所述量测设备包括照射***，所述照射***配置成利用测量辐射来照射使用光刻过程在衬底上产生的目标。该量测设备还包括检测***，所述检测***配置成检测起因于所述目标的照射的散射辐射。所述量测设备能够操作以执行上述参考图50至图52所描述的方法。

通过在该双重衍射目标设计中不对称地照射，本发明的实施例添加了改善水平的光瞳滤波，从而产生共同路径干涉仪目标。实施例极大地改善了双重衍射目标设计的潜力，从而添加一滤光层，这可能意味着测量的成功与失败之间的差异，并且为根本上更好的目标设计提供了机会。

本发明提供的双重衍射目标的类别很大程度地去除对选配方案优化的需要(以减轻叠层厚度效应)、带来单次测量中的多波长的优点，并且将基于衍射的重叠测量扩展至较厚的叠层。

参考图1至图39所描述的目标设计适用于具有中心对称的光瞳滤波器(0.4NA低通滤波器)的角度分辨散射仪，诸如图45中所示出的NA_ps。已仅被衍射成另一阶零次或一次的衍射阶处于高NA，且并不传递至暗场摄影机，从而允许双重衍射波的专用检测。然而，其它散射仪(诸如上文所提及的US9223227B2中所描述的具有“四方楔形件”的散射仪)并不共享该对称性，并且可能遭受下文参考图56和图57所描述的问题。

图56(a)描绘了双重衍射的傅里叶空间表示，其中象限照射轮廓被配置成将通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况的传播限制至四方楔形件。图56(b)描绘了与图56(a)的傅里叶空间表示相对应的象限照射轮廓562和四方楔形件564(和横截面中的566)。

在图56(a)中，将光瞳分割成四个象限Q1至Q4，其为在暗场摄影机之前的楔形件的象限。所述波以与针对图55(a)相同的方式来标注。在Q1中，示出了非衍射出射波u。中间波v₄和v₂分别在叠层内部衍射成Q3和Q4。所述波接着第二次衍射，在检测象限Q2中在w₄和w₂处结束。这是双重衍射目标的核心机制。对于每个衍射，所述阶在NA＝1下在光瞳边缘处被截断，由大圆示出。在该示例中，叠层折射率也是1。实线箭头指示衍射方向，虚线箭头示出从起始波u至最终波w₄和w₂的两个“有效的”衍射方向。它们是两个后续衍射的向量和的方向。这些有效方向之间的角度θ_M最后管控用于基于相位的μDBO中的重叠检测的摩尔条纹，如本文所述。

图56(a)图示了使用四方楔形件传感器进行的基于相位的检测的问题；两个有效衍射方向中的一个(右虚线箭头)将最终衍射阶w₄置于左侧与右侧象限之间的竖直分界线的顶部上，这是该示例光学***具有0.1NA安全区带的位置处，以防止光不受控制地从楔形棱镜(由星形指示)散射。如果我们使得顶部结构与底部结构中的节距相等，则θ_M变为零，最终阶朝向彼此水平地移动，从而避免了竖直安全区带。然而，这意味着我们不再能够从条纹的相位检测重叠，而是替代地需要恢复至平均垫强度测量，与针对常规的μDBO一样。

除了关于图56所描述的问题以外，对于散射仪(诸如上文所提及的US9223227B2中所描述的在照射***中具有图像复制和旋转装置的散射仪)，也可能产生另一问题。如上文所提及，这些装置提供使照射轮廓围绕光轴对称的180度点对称性函数。因此，在这里所描述的具有图像复制和旋转装置的示例散射仪中，Q1中的任何照射也以180度点对称性存在于Q3中。这一情形在图57(a)中图示，其描绘了顶部光栅对入射波的仅仅一衍射的傅里叶空间表示，其具有点对称的象限照射轮廓。图57(b)描绘了与图57(a)的傅里叶空间表示相对应的点对称的象限照射轮廓572和四方楔形件574、576。

参考图57(a)，非衍射光u_L及u_R分别定位在象限Q₁和Q₃中。照射区u_R将衍射至象限Q₂中的一阶v₁中，该象限Q₂为图56(a)中所示出的携带重叠的光w₂和w₄也进入之处。这种一次衍射的一阶波v_l的强度典型地比期望检测的两次衍射光的强度强得多。这产生极强的背景，从而破坏测量的对比度。

因此，对于双重衍射(其包括基于相位)的μDBO，安全区带和图像复制和旋转装置的组合使一些角度分辨散射仪不适合于上述参考图1至图39所描述的基于相位的目标设计。为了解决这些问题，在实施例中，通过在一个方向(x或y)上拉伸1D光栅棋盘格，且相对于传感器将其旋转45度(通过印制旋转的目标，或通过使晶片旋转45度，或通过照射和检测***的旋转部件)来修改1D光栅棋盘格。这所隐含的推理在图58至图62中图示。

图58(a)描绘了通过拉伸且45度旋转的棋盘格对入射波的第一衍射的傅里叶空间表示，其具有偏移照射轮廓。图58(b)描绘了导致图58(a)的傅里叶空间表示中所描绘的衍射的拉伸且45度旋转的棋盘格。在图58(a)中，通过使用0.45NA正方形孔u示出光瞳。示出了归因于经修改的棋盘格的两次衍射成一阶v₄和v₆，所述一阶v₄和v₆最大限度地不同(最大角度θ_max)但并不冲击安全区带且并不衍射至为检测象限的Q₂或Q₄中。以上所描述的两个问题用以定义设计规则：“与安全区带无衍射叠置”和“仅将非衍射光置于另一区中的衍射已经含有非衍射光”。这两个规则一起自然地导致图58(a)中所示出的衍射阶，所述衍射阶相对于所指示的x轴成浅角度，该x轴与光瞳水平线成45度，从而需要某最小的NA移位，被标注为NA_min。这些衍射阶通过拉伸后的棋盘格来实现。

图59(a)描绘了经由拉伸后的棋盘格的双重衍射的傅里叶空间表示，其中照射轮廓配置成将通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况的传播限制至45度旋转的四方楔形件。图59(b)描绘了导致由图59(a)的傅立叶空间表示中的对角线箭头所描绘的衍射的拉伸后的棋盘格，其相对于四方形楔形件旋转45度且因此相对于检测区中的对称线旋转45度。

参考图59(a)，示出了针对完整目标的衍射阶，而非针对仅仅如图58(a)中所示出的棋盘格的衍射阶。将图59(b)中所示出的棋盘格与在x方向上的1D光栅组合。为了清楚起见，已使光瞳相对于图58(a)旋转45度。在x和y中的最小NA移位被示出为NA_min,x＝1.41和NA_min,y＝0.78，其由散射仪孔、楔形件和光瞳边缘的尺寸导出。在再次衍射成最终阶之前在叠层内部传播的中间阶v₂、v₄和v₆在随着叠层折射率(这里为1.5)按比例调整的“有效”数值孔径NA_st之内，且因此其传播至检测器。最终阶w₂、w₄和w₆在0.95NA传感器光瞳(实心圆)之内，且因此其传播至传感器。

与在图57(a)中类似，我们能够考虑归因于图像复制和旋转装置的来自Q₃的照射。图60至图62图示了利用图像复制和旋转装置进行的总光瞳照射与衍射和射线轨迹的积聚。

从图59(a)再生但为了清楚起见而简化且与图61(a)和图62(a)对照的图60(a)描绘了经由拉伸后的棋盘格的双重衍射的傅里叶空间表示，其中照射轮廓配置有波u_L以将通过棋盘/光栅接着通过光栅/棋盘两种情况的传播限制至45度旋转的四方楔形件。图60(b)描绘了在图60(a)的傅里叶空间表示中的象限Q₂中结束的射线通过展开路径的在2D下的轨迹。图60(b)类似于图51，但出射射线w₂和w₄与入射波u_L平行。尽管图60(b)仅与到达象限Q₂的波相关，但如果v₅'用替换v₃'且用v₆替换v₄，则其可能与到达Q₄的波相关。图61(b)和图62(b)可以以相似方式被修改以与Q₄相关。

图像复制和旋转装置产生图61(a)中所示出的图60(a)的镜像(左右翻转)。这一照射u_R的强度添加至由图60(a)中的衍射阶产生的暗场图像，因为通过图像复制和旋转装置使象限为非相干的。与图60(a)类似，图61(a)描绘了经由拉伸后的棋盘格的双重衍射的傅里叶空间表示，但与图60(a)相比具有点对称的照射轮廓。图61(b)描绘了在图61(a)的傅里叶空间表示中的象限Q₂中结束的射线通过展开路径的在2D下的轨迹。

图62(a)描绘了经由拉伸后的棋盘格的双重衍射的傅里叶空间表示，其将图60(a)和图61(a)两者的照射轮廓与入射波u_L和u_R组合。图62(b)描绘了在图62(a)的傅里叶空间表示中的象限Q₂中结束的射线通过展开路径的图60(b)和图61(b)的组合的在2D下的轨迹。

因此，第二共同路径干涉仪是通过组合而形成，来自该两者的信号相加而非相消，从而使任何摄影机积分时间减半(因此图像复制和旋转装置提供优点)。总而言之，归因于目标设计的拉伸和旋转操作，向适合于具有四方楔形件和图像复制和旋转装置的散射仪的双重衍射目标提供所需的光瞳参数。然而，叠置的最终阶w(例如w₂和w₆)在其落在0.95NA光瞳(实线圆)之外或越过安全区带之前没有空间向x方向上的侧移动。对于基于相位的检测，我们将想要使得顶部与底部光栅中的节距不相等，由此现在使完美叠置的正方形w₂和w₄(及相似地w₂和w₆)移动远离彼此。结果，与图55(a)中所显示的类似地，在图60(a)中，一个正方形(例如w₂)将向左移动，而另一正方形(例如w₄)将向右移动。然而，正方形w₂没有空间向左移动，因为这是楔形件的安全区带所处的位置(黑色对角线，其中一个由于其可不可预见地散射而并不想要照射以下降)，并且也是光瞳的边缘所处的位置(限制输出NA)。因此，不存在空间用于基于相位的检测，但仅存在空间用于基于强度的检测(即，θ_M＝0，与图56(a)相反，在图56(a)中θ_M>0)。

在图62(a)中，因此存在标注为w的八个正方形；在Q₂中存在两对完美叠置的正方形，和在Q₄中存在两对完美叠置的正方形。楔形件将来自Q₂和Q₄的光分离，使得其成像至不同的摄影机CCD区上，因此，Q₂中的波并不干涉Q₄中的波。引起强度变化的波之间的干涉仅发生于完美叠置的正方形之间(因此我们能够粗略地查看在与Q₄完全分离时在Q2中发生了何种情况)。波的这一叠置为μDBO的一般属性；当在光瞳摄影机上检测到一阶以用于常规μDBO测量时，其实际上为在光瞳中完美叠置的四个波之和。这些波之间的干涉向我们提供了重叠信息。图62(a)中所示出的配置的优点在于：通过如图62(b)中的虚线所示出的长路径长度射线的非传播，消除了路径长度差。

为了实现图60至62中的这些光瞳参数，使用了已在y方向拉伸的棋盘格光栅。y比x拉伸的比率恰好是x上的最小NA移位NA_min，x比y上的最小NA移位NA_min，y，因此方向的比率与最小NA移位的比率成反比。在图58(b)和59(b)中描绘了这种棋盘格，其中y的正确拉伸接近因子2(x和y两者都具有10个周期)。

该目标具有一个重要的优势，即与参考图49所述的布置相比，只有两个波传播到每个检测象限，而不是四个，从而使它成为根本上更好的共同路径干涉仪。

参考图56至图62描述的实施例实现将双衍射目标用于具有图像复制和旋转装置的散射仪。不需硬件改变；除非印制目标呈45度倾斜，否则可以使用简单的45度旋转。该实施例还适用于不具有图像复制和旋转装置以及来自单个象限的照射的散射仪，以优化双衍射设计的带宽。

参考图56至图62描述的实施例能够与参考图50至图55描述的方式类似地使用。因此，图56至图62图示通过使用照射光瞳中的照射轮廓、利用在xz平面中呈一照射角度的测量辐射u来照射目标，该照射轮廓从假想线IL(在图59(a)中

)偏移，该假想线IL在照射光瞳中穿过光轴(在图59(a)的圆心)。假想线IL对应于目标结构的周期性方向(图59(b)中的x轴)。照射轮廓u被配置为允许以预定衍射阶v₂(或v₄或v₆)的所允许的阶传播到检测光瞳的检测区，同时限制该预定衍射阶中的相等且相反的阶v₁'(或v₃'或v₅')传播到检测区。照射轮廓u_s还被配置为将所允许的衍射阶与零和在Q₁和Q₃中的一次衍射阶分离地定位在Q₂和Q₄中的检测光瞳中。检测到多个允许的衍射阶w₄、w₆和w₂的散射辐射。所允许的衍射阶通过来自第一目标结构T的测量辐射的衍射而被生成，并且随后被从第二目标结构B衍射。

目标结构包括拉伸后的棋盘格，其具有第一周期性部件和相对于第一周期性部件沿不同方向(这里垂直于第一周期性部件)定向的第二周期性部件。在该实施例中，第一周期性部件相对于检测区中的对称线(平分图59(a)中的光瞳的对角线)呈45度来定向。

虽然上文描述的目标是为测量目的而专门设计和形成的量测目标，但是在其它实施例中，可以在作为在衬底上形成的器件的功能部分的目标上测量属性。许多器件具有规则的类似光栅的结构。本文使用的术语“目标光栅”和“目标”不需要该结构已经专门设置用于正在执行的测量。另外，量测目标的节距靠近散射仪的光学***的分辨率极限，但可比通过目标部分C中的光刻过程制造的典型产品特征的尺寸大得多。实际上，可以使所述目标内的叠置光栅的线和/或空间包括在尺寸上类似于产品特征的较小结构。

与在衬底和图案形成装置上实现的目标的物理光栅结构相关联，实施例可以包括计算机程序，该计算机程序包含一个或更多个机器可读指令序列，其描述测量衬底上的目标和/或分析测量结果以获得关于光刻过程的信息的方法。该计算机程序可以例如在图3的设备中的单元PU和/或图2的控制单元LACU内执行。还可以提供其中存储有这种计算机程序的数据储存介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。在现有量测设备(例如图3中所示类型)已经在生产和/或使用中的情况下，本发明能够通过如下实施：提供更新的计算机程序产品来实现实施例，以使处理器执行修改的步骤S6并因此计算重叠误差或对结构不对称性的灵敏度较低的其它参数。

程序可以可选地布置成控制光学***、衬底支撑件等等以执行步骤S2至S5，以用于测量关于合适的多个目标的不对称性。

虽然上文所公开的实施例在关于基于衍射的重测叠量(例如，使用图3(a)中所示出的设备的第二测量支路进行的测量)方面进行描述，但原则上相同模型能够用于基于光瞳的重叠测量(例如，使用图3(a)中所示出的设备的第一量测支路进行的测量)。因此，应了解，本文中所描述的构思同样适用于基于衍射的重叠测量和基于光瞳的重叠测量。

尽管上文已经具体参考了在光学光刻术的内容背景中使用本发明的实施例，但是应当了解，本发明可以用于其它应用，例如压印光刻术，并且在所述内容背景允许的情况下，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被供给衬底的抗蚀剂层中，于是抗蚀剂通过施加电磁辐射、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。

在下面编号的方面中进一步描述了根据本发明的其它实施例：

1.一种测量由光刻过程形成的目标的方法，所述目标包括分层结构，所述分层结构具有在第一层中的第一目标结构和在第二层中的第二目标结构，所述方法包括：

检测多个所允许的衍射阶的散射辐射，其中所允许的衍射阶通过来自所述第一目标结构的所述测量辐射的衍射而生成，并且随后从所述第二目标结构衍射；以及

2.根据方面1所述的方法，其中所述照射轮廓被配置成将所允许的衍射阶与零衍射阶和一次衍射阶分离地定位在所述检测光瞳中。3.

根据方面1或方面2所述的方法，其中多个所允许的衍射阶的所述散射辐射由多个所允许的衍射阶之间的干涉形成。

4.根据方面1-3中任一项所述的方法，其中所述照射轮廓配置成使得：

由源自所述第一目标结构的反射中的反射阶的衍射来产生所允许的衍射阶中的第一衍射阶，同时所述反射阶的相等但相反的阶至所述检测区的传播受到限制，并且所允许的衍射阶中的所述第一衍射阶的源自所述第二目标结构的后续衍射包括在通过所述第二目标结构的透射中的衍射；以及

由通过所述第二目标结构的透射中的透射阶的衍射来产生所允许的衍射阶中的第二衍射阶，同时所述透射阶中的相等但相反的阶至所述检测区的传播受到限制，并且所允许的衍射阶中的所述第二衍射阶从源自所述第二目标结构的后续衍射包括在从所述第一目标结构反射时的衍射。

5.根据前述方面中任一项所述的方法，其中：

所述目标包括三对或更多对叠置的目标子结构，每对叠置的目标子结构包括第一目标结构中的第一目标子结构和第二目标结构中的第二目标子结构；

每对叠置的目标子结构中的所述第一目标子结构和所述第二目标子结构中的每个目标子结构都包括具有相同节距和方向的第一周期性部件；并且

每对叠置的目标子结构设置有不同的重叠偏置。

6.根据方面5所述的方法，其中所允许衍射阶的被检测到的散射辐射包括多个强度子区，每个强度子区具有空间上均匀的强度且由从所述三对或更多对目标子结构中的不同的对应对目标子结构衍射的测量辐射形成，并且其中所述光刻过程的所述特性的计算使用每个强度子区中的强度水平来确定所述光刻过程的所述特性。

7.根据方面5或6所述的方法，其中相对于从每对目标子结构中的所述第一周期性部件的衍射来定义所述预定衍射阶。

8.根据方面5-7中任一项所述的方法，其中所述重叠偏置包括一对或更多对相等但相反的重叠偏置。

9.根据方面5-8中任一项所述的方法，其中所述三对或更多对目标子结构包括四对目标子结构。

10.根据方面9所述的方法，其中所述重叠偏置包括如下重叠偏置：-P/8-d、P/8+d、-P/8+d和P/8-d，其中P是所述第一周期性部件的节距，d是预定常数。

11.根据方面1-4中任一项所述的方法，其中多个所允许的衍射阶的所述被检测到的散射辐射由所允许的衍射阶之间的干涉形成，并且包括条纹图案。

12.根据方面11所述的方法，其中，对所述光刻过程的所述特性的所述计算包括通过提取所述条纹图案的相位来计算所述第一目标结构与所述第二目标结构之间的重叠误差。

13.根据方面11或12所述的方法，其中：

所述目标包括至少一对叠置的目标子结构，每对叠置的目标子结构包括所述第一目标结构中的第一目标子结构和所述第二目标结构中的第二目标子结构；并且

每对叠置的目标子结构中的所述第一目标子结构和第二目标子结构中的每个目标子结构都包括具有相同方向和不同节距的第一周期性部件。

14.根据方面13所述的方法，其中由所述所允许的衍射阶之间的干涉形成的被检测到的散射辐射包括由每对目标子结构形成的条纹图案。

15.根据方面14所述的方法，其中所述目标还包括参考结构，所述参考结构被配置成提供具有与条纹图案相同的周期的辐射图案，其中所述参考结构被设置成使得：在所述辐射图案中实质上不存在作为所述第一目标结构与所述第二目标结构之间的重叠误差的函数的条纹位置移位。

16.根据方面13-15中任一项所述的方法，其中：

所述目标至少包括第一对叠置的目标子结构和第二对叠置的目标子结构；

在所述第一对叠置的目标子结构中，所述第一目标子结构的所述第一周期性部件具有第一节距，所述第二目标子结构的所述第一周期性部件具有第二节距；并且

在第二对叠置的目标子结构中，所述第一目标子结构的所述第一周期性部件具有所述第二节距，所述第二目标子结构的所述第一周期性部件具有所述第一节距。

17.根据方面11-16中任一项所述的方法，其中：

所述目标包括分别在所述分层结构的一个或更多个另外的层中的一个或更多个另外的目标结构；

所述目标包括位于所述分层结构的多个不同的对应层对中的每个层对中的至少一对叠置的目标子结构，其中位于所述分层结构的不同的对应层对中的多对叠置的子结构中的每对叠置的子结构包括节距差不同的第一周期性部件，由此提供对于所述分层结构的所述不同层对中的每个层对具有不同空间频率的条纹图案。

18.根据方面5-17中任一项所述的方法，其中所述多对目标子结构中的每对目标子结构中的任一个或两个目标子结构中的每个都包括相对于所述第一周期性部件沿不同方向定向的第二周期性部件。

19.根据方面18所述的方法，其中所述第一周期性部件垂直于所述第二周期性部件定向。

20.根据方面18或19所述的方法，其中相对于所述检测区中的对称线呈45度来定向所述第一周期性部件。

21.根据方面18-20中任一项所述的方法，其中具有相对于所述第一周期性部件沿不同方向定向的第二周期性部件的所述目标子结构包括以下中的一种或更多种：由正方形元素或矩形元素形成的棋盘格图案、和由绕与所述棋盘格图案的平面垂直的轴线旋转达预定角度的正方形元素或矩形元素形成的倾斜的棋盘格图案。

22.根据方面1-4中任一项所述的方法，其中所述目标结构包括第一周期性部件和第二周期性部件，所述第二周期性部件相对于所述第一周期性部件在不同的方向上定向。

23.根据方面22所述的方法，其中垂直于所述第二周期性部件来定向所述第一周期性部件。

24.根据方面22或23所述的方法，其中相对于所述检测区中的对称线呈45度来定向所述第一周期性部件。

25.根据方面22-24中任一项所述的方法，其中具有相对于所述第一周期性部件沿不同方向定向的第二周期性部件的所述目标结构包括以下中的一种或更多种：由正方形元素或矩形元素形成的棋盘格图案、和由绕与所述棋盘格图案的平面垂直的轴线旋转达预定角度的正方形元素或矩形元素形成的倾斜的棋盘格图案。

26.根据前述方面中任一项所述的方法，其中所述光刻过程的所述特性包括所述第一目标结构和所述第二目标结构之间的重叠误差。

27.一种量测设备，包括：

所述量测设备能够操作以执行根据方面1-26中任一项所述的方法。

本文使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，所述电磁辐射包括紫外(UV)辐射(例如具有或约为365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在5-20nm的范围内的波长)以及诸如离子束或电子束等粒子束。

在所述内容背景允许的情况下，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，包括折射型、反射型、磁性型、电磁型和静电型光学部件。

具体实施例的前述描述将如此充分地揭示本发明的一般性质，在不背离本发明的整体构思且不进行过度实验的情况下，其他人可通过应用本领域技术范围内的知识容易地修改和/或调适这些具体实施例的各种应用。因此，基于本文展示的教导和指导，这些调适和修改旨在落入所公开实施例的等同方案的含义和范围内。应理解，本文的措辞或术语是出于通过举例的描述的目的，而非限制的目的，使得本说明书的术语或措辞将由技术人员根据教导和指导来解释。

本发明的宽度和范围不应受任一上述的示例性实施例限制，而应仅由下述的权利要求书及其等同方案来限定。

Claims

检测多个所允许的衍射阶的散射辐射，其中所允许的衍射阶通过来自所述第一目标结构的所述测量辐射的衍射而被生成，并且随后被从所述第二目标结构衍射；以及

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述照射轮廓被配置成将所允许的衍射阶与零衍射阶和一次衍射阶分离地定位在所述检测光瞳中。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中多个所允许的衍射阶的所述散射辐射由所述多个所允许的衍射阶之间的干涉形成。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述照射轮廓被配置成使得：

由源自所述第一目标结构的反射中的反射阶的衍射来产生所允许的衍射阶中的第一衍射阶，同时所述反射阶中的相等但相反的阶至所述检测区的传播受到限制，并且所允许的衍射阶中的所述第一衍射阶的源自所述第二目标结构的后续衍射包括在通过所述第二目标结构的透射中的衍射；以及

由通过所述第二目标结构的透射中的透射阶的衍射来产生所允许的衍射阶中的第二衍射阶，同时所述透射阶中的相等但相反的阶至所述检测区的传播受到限制，并且所允许的衍射阶中的所述第二衍射阶的源自所述第二目标结构的后续衍射包括源自所述第一目标结构的反射中的衍射。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：

每对叠置的目标子结构设置有不同的重叠偏置。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所允许的衍射阶的被检测到的散射辐射包括多个强度子区，每个强度子区具有空间上均匀的强度且由从所述三对或更多对目标子结构中的不同的对应对目标子结构衍射的测量辐射形成，并且其中所述光刻过程的所述特性的计算使用每个强度子区中的强度水平来确定所述光刻过程的所述特性。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中相对于源自每对目标子结构中的所述第一周期性部件的衍射来定义所述预定衍射阶。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的方法，其中所述重叠偏置包括一对或更多对相等但相反的重叠偏置。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的方法，其中所述三对或更多对目标子结构包括四对目标子结构。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述重叠偏置包括如下重叠偏置：-P/8-d、P/8+d、-P/8+d和P/8-d，其中P是所述第一周期性部件的节距，d是预定常数。

11.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中多个所允许的衍射阶的所述被检测到的散射辐射由所述所允许的衍射阶之间的干涉形成，并且包括条纹图案。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，对所述光刻过程的所述特性的所述计算包括通过提取所述条纹图案的相位来计算所述第一目标结构与所述第二目标结构之间的重叠误差。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中：

14.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中目标结构包括第一周期性部件和第二周期性部件，所述第二周期性部件相对于所述第一周期性部件在不同的方向上定向。

15.一种量测设备，包括：

所述量测设备能够操作以执行根据权利要求1-14中任一项所述的方法。