TWI709001B

TWI709001B - 度量衡裝置、微影系統及測量結構的方法

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Publication number: TWI709001B
Application number: TW107136144A
Authority: TW
Inventors: 珍尼克瑞芬斯伯根; 都古阿克布魯特; 尼特許帕迪; 廉晉
Original assignee: 荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2020-11-01
Also published as: KR20200053589A; TW201931017A; WO2019076690A1; IL273647A; JP6975324B2; CN111226174A; US20190113852A1; IL273647B2; KR102422023B1; US10908514B2; JP2021501309A; CN111226174B; IL273647B1; EP3470926A1; US20200004165A1; US10444640B2

Abstract

本發明揭示一種度量衡裝置，其包含一光學系統，該光學系統用以將輻射聚焦至結構上且將來自該結構之反射輻射導向至一偵測系統。該光學系統將一光學特性之複數個不同偏移施加至自該結構反射之前及/或之後的輻射，使得相對於導出自一光瞳平面場分佈之一第二點之反射輻射，將對應複數個不同偏移提供至導出自該光瞳平面場分佈之一第一點的反射輻射。該偵測系統偵測由導出自該光瞳平面場分佈之該第一點之該反射輻射與導出自該光瞳平面場分佈之該第二點之該反射輻射之間的干涉引起的對應複數個輻射強度。每一輻射強度對應於該複數個不同偏移中之一不同偏移。

Description

度量衡裝置、微影系統及測量結構的方法

本發明係關於一種用於測量藉由微影程序而形成於基板上之結構之度量衡裝置、一種微影系統，及一種測量藉由微影程序而形成於基板上之結構之方法。

微影裝置為將所要圖案施加至基板上(通常施加至基板之目標部分上)之機器。微影裝置可用於例如積體電路(IC)之製造中。在彼情況下，圖案化器件(其替代地被稱作光罩或倍縮光罩)可用以產生待形成於IC之個別層上之電路圖案。可將此圖案轉印至基板(例如矽晶圓)上之目標部分(例如包括晶粒之部分、一個晶粒或若干晶粒)上。通常經由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上來進行圖案之轉印。一般而言，單一基板將含有經順次地圖案化之鄰近目標部分之網路。在微影程序中，需要頻繁地進行所產生結構之測量(例如)以用於程序控制及驗證。用於進行此類測量之各種工具係已知的，包括常常用以測量臨界尺寸(CD)之掃描電子顯微鏡，及用以測量疊對(器件中兩個層之對準準確度之量度)之特殊化工具。可依據兩個層之間的未對準程度來描述疊對，例如，對為1奈米之經測量疊對之參考可描述兩個層未對準達1奈米之情形。

近來，已開發供微影領域中使用的各種形式之散射計。此等器件將輻射光束導向至目標上且測量散射輻射之一或多個屬性-例如，依據波長而變化的在單一反射角下之強度；依據反射角而變化的在一或多個波長下之強度；或依據反射角而變化的偏振-以獲得可供判定目標之所關注屬性之「光譜」。可藉由各種技術來執行所關注屬性之判定：例如，藉由諸如嚴密耦合波分析或有限元素方法之反覆途徑而進行的目標之重建構；庫搜尋；及主成份分析。

在已知度量衡技術中，自目標獲得-1及+1繞射階強度。強度不對稱性(此等繞射階強度之比較)提供目標不對稱性之測量；亦即，目標中之不對稱性。目標中之此不對稱性可用作疊對(兩個層之不當未對準)之指示符。

使用上述度量衡技術進行疊對(或目標結構中之其他不對稱性)之測量在所涉及結構處於待製造之器件特徵之解析度時係困難的。此係因為高解析度特徵造成相對應高的繞射角，該等繞射角難以捕捉，或繞射階變得漸消(非傳播的)。對於由非常接近於彼此的層界定之結構，諸如可為已進行蝕刻之後的狀況，仍有可能獲得關於來自零階散射之不對稱性之一些資訊。然而，在此等測量中難以獲得適當敏感度，特別是在層分離度並非極小的情況下。

需要改良特別針對高解析度目標之目標不對稱性或其他所關注參數之測量。

根據本發明之一態樣，提供一種用於測量形成於一基板上之一結構以判定一所關注參數之度量衡裝置，該度量衡裝置包含：一光學系統，其經組態以將輻射聚焦至該結構上且將來自該結構之反射輻射導向至一偵測系統，其中：該光學系統經組態以將一光學特性之複數個不同偏移施加至在自該結構反射之前及/或之後的輻射，使得相對於導出自一光瞳平面場分佈之一第二點之反射輻射，將對應複數個不同偏移提供至導出自該光瞳平面場分佈之一第一點的反射輻射；且該偵測系統經組態以偵測由導出自該光瞳平面場分佈之該第一點之該反射輻射與導出自該光瞳平面場分佈之該第二點之該反射輻射之間的干涉引起的對應複數個輻射強度，其中每一輻射強度對應於該複數個不同偏移中之一不同偏移。

根據本發明之一態樣，提供一種測量形成於一基板上之一結構以判定一所關注參數之方法，該方法包含：將輻射聚焦至該結構上且使用一偵測系統以偵測來自該結構之反射輻射，其中：將一光學特性之複數個不同偏移施加至自該結構反射之前及/或之後的輻射，使得相對於導出自一光瞳平面場分佈之一第二點之反射輻射，將對應複數個不同偏移提供至導出自該光瞳平面場分佈之一第一點的反射輻射；且該偵測系統偵測由導出自該光瞳平面場分佈之該第一點之該反射輻射與導出自該光瞳平面場分佈之該第二點之該反射輻射之間的干涉引起的對應複數個輻射強度，其中每一輻射強度對應於該複數個不同偏移中之一不同偏移。

0:零階射線/繞射射線

+1:一階射線/繞射射線

-1:一階射線/繞射射線

+1(N):+1繞射射線

-1(S):-1繞射射線

11:源

12:透鏡

13:孔徑板

13H:孔徑板

13N:孔徑板

13S:孔徑板

14:透鏡

14A:透鏡

14B:透鏡

15:光束分裂器

16:物鏡/透鏡

17:第二光束分裂器

18:光學系統

18A:透鏡

18B:透鏡

19:第一感測器/光瞳平面影像感測器

20:第一感測器

21:孔徑光闌/場光闌

22:第一感測器

23:影像感測器

24:測量光點/經照明光點

25a:目標光柵

25b:目標光柵

25c:目標光柵

25d:目標光柵

26:圓形區域

27a:矩形區域/影像

27b:矩形區域/影像

27c:矩形區域/影像

27d:矩形區域/影像

32:光瞳平面

34:輸入輻射光束/輸入輻射

35:影像平面

38A:第一偵測器

38B:第二偵測器

40:光學單元

42A:透鏡

42B:透鏡

44:透鏡

46:光瞳平面場分佈修改單元

48:光束分裂器

48A:偏振光束分裂器

50:光學路徑長度補償器

60:光學系統

61:第一分支

62:第二分支

70:光瞳平面場分佈

71A:光瞳平面場分佈

71B:光瞳平面場分佈

71C:光瞳平面場分佈

72A:光瞳平面場分佈

72B:光瞳平面場分佈

72C:光瞳平面場分佈

80:杜夫稜鏡

81:第一光學分支

82:第二光學分支

83:第一光束分裂器

84:第二光束分裂器

85:第一杜夫稜鏡

86:第二杜夫稜鏡

87:第一輸出

88:第二輸出

100:箭頭

102:偵測系統

111:曲線

112:曲線

113:曲線

114:點

115:點

116:直線

120:偏振器

122:λ/2片

131:偏振相依光學元件

131A:可變延遲器

131AA:可變延遲器

131AB:可變延遲器

131AC:可變延遲器

131AD:可變延遲器

131B:λ/2片

131BA:λ/2片

131BB:λ/2片

131BC:λ/2片

131BD:λ/2片

142A:光束分裂器

142B:光束分裂器

142C:光束分裂器

142D:光束分裂器

145A:偏振光束分裂器

145B:偏振光束分裂器

145C:偏振光束分裂器

145D:偏振光束分裂器

146A:偵測器

146B:偵測器

146C:偵測器

146D:偵測器

150:測量分支

150A:測量分支

150B:測量分支

150C:測量分支

150D:測量分支

151:偏振器

152:λ/2片

153:自參考干涉計

157:偏振光束分裂器

157A:偏振光束分裂器

157B:偏振光束分裂器

157C:偏振光束分裂器

157D:偏振光束分裂器

158:偵測器

158A:偵測器

158B:偵測器

158C:偵測器

158D:偵測器

159:偵測器

159A:偵測器

159B:偵測器

159C:偵測器

159D:偵測器

161:λ/2片

162:偏振器

AD:調整器

B:輻射光束

BD:光束遞送系統

BK:烘烤板

C:目標部分

CH:冷卻板

CO:聚光器

DE:顯影器

I:入射射線(圖3(b))強度(圖10-12)

IF:位置感測器

IL:照明系統/照明器

IN:積光器

I/O1:輸入/輸出埠

I/O2:輸入/輸出埠

LA:微影裝置

LACU:微影控制單元

LB:裝載匣

LC:微影製造單元

M₁:光罩對準標記

M₂:光罩對準標記

MA:圖案化器件/光罩

MT:支撐結構/光罩台

O:光軸/軸線

P₁:基板對準標記

P₂:基板對準標記

PM:第一定位器

PS:投影系統

PU:影像處理器及控制器

PW:第二定位器

RO:基板處置器或機器人

SC:旋塗器

SCS:監督控制系統

SO:輻射源

T:度量衡目標

TCU:塗佈顯影系統控制單元

W:基板

WT:基板台

θ:相位偏置

現在將參考隨附示意性圖式而僅作為實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中，對應元件符號指示對應部分，且在該等圖式中：圖1描繪微影裝置；圖2描繪微影製造單元或叢集；圖3包含(a)用於使用第一對照明孔徑來測量目標之暗場散射計的示意圖；(b)針對給定照明方向之目標光柵之繞射光譜的細節；(c)對多重光柵目標之已知形式及基板上之測量光點之輪廓的描繪；及(d)對在圖3之(a)之散射計中獲得的圖3之(c)之目標之影像的描繪；及圖4描繪度量衡裝置之將輸入輻射光束提供至包含光束分裂器之光學單元的光學元件；圖5描繪經組態以自圖4之配置接收輸入輻射光束的光學單元，及用於將第一及第二輻射光束導向至基板上且將經反射第一及第二輻射光束導向至偵測器上的光學系統；圖6進一步詳細地描繪圖5之配置之光學單元的操作，其展示至及自光束分裂器傳播的輻射光束中之光瞳平面場分佈；圖7描繪基於圖6之光學單元的替代光學單元之操作，其中在第一分支中執行額外翻轉；圖8描繪其中輻射在自目標結構反射之前及之後傳遞通過第一及第二光束分裂器的替代光學單元；圖9描繪其中輻射僅在自目標結構反射之後傳遞通過第一及第二光束分裂器的光學配置；圖10為描繪針對具有不同疊對之目標依據所施加相位偏移而變化的信號強度之典型變化的曲線圖；圖11為描繪針對複數個離散施加之相位偏移的信號強度之實例測量的曲線圖；圖12為描繪包括施加之至少一個負相位偏移及施加之至少一個正相位偏移之信號強度之實例測量的曲線圖，以及最佳擬合線；圖13描繪如下光學單元：其實施共同路徑干涉法且在共同路徑迴路中包含用於施加振幅及/或相位偏移之偏振相依光學元件；圖14描繪如下光學單元：其實施共同路徑干涉法且在共同路徑迴路之後包含用於施加振幅及/或相位偏移之可變延遲器及λ/2片；圖15描繪如下偵測系統：其包含經組態以接收在自目標結構反射之後的輻射之自參考干涉計且包含用於施加振幅及/或相位偏移之可變延遲器及λ/2片；圖16描繪如下偵測系統：其經組態以將多個不同振幅及/或相位偏移施加至已經受共同路徑干涉法之輻射；及圖17描繪如下偵測系統：其經組態以將多個不同振幅及/或相位偏移施加至已經受藉由自參考干涉計進行之干涉的輻射。

本說明書揭示併有本發明之特徵的一或多個實施例。所揭示實施例僅僅例示本發明。本發明之範疇不限於所揭示實施例。由附加於此處之申請專利範圍界定本發明。

所描述之實施例及本說明書中對「一個實施例」、「一實施例」、「一實例實施例」等之參考指示所描述之實施例可包括一特定特徵、結構或特性，但每一實施例可未必包括該特定特徵、結構或特性。此外，此等片語未必係指相同實施例。另外，當結合一實施例描述一特定特徵、結構或特性時，應理解，無論是否予以明確描述，結合其他實施例來實現此特徵、結構或特性皆係在熟習此項技術者之認識範圍內。

然而，在更詳細地描述此等實施例之前，有指導性的是呈現可供實施本發明之實施例的實例環境。

圖1示意性地描繪微影裝置LA。該裝置包括：照明系統(照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如UV輻射或DUV輻射)；支撐結構(例如光罩台)MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如光罩)MA且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該圖案化器件之第一定位器PM；基板台(例如晶圓台)WT，其經建構以固持基板(例如抗蝕劑塗佈晶圓)W且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該基板之第二定位器PW；及投影系統(例如折射投影透鏡系統)PS，其經組態以將由圖案化器件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C(例如包含一或多個晶粒)上。

照明系統可包括用於導向、塑形或控制輻射的各種類型之光學組件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電或其他類型之光學組件或其任何組合。

支撐結構支撐圖案化器件，亦即，承載圖案化器件之重量。支撐結構以取決於圖案化器件之定向、微影裝置之設計及其他條件(諸如圖案化器件是否被固持於真空環境中)的方式來固持圖案化器件。支撐結構可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術來固持圖案化器件。支撐結構可為例如框架或台，其可視需要而固定或可移動。支撐結構可確保圖案化器件例如相對於投影系統處於所要位置。可認為本文對術語「倍縮光罩」或「光罩」之任何使用皆與更一般之術語「圖案化器件」同義。

本文所使用之術語「圖案化器件」應被廣泛地解譯為係指可用以在輻射光束之橫截面中向輻射光束賦予圖案以便在基板之目標部分中產生圖案的任何器件。應注意，舉例而言，若被賦予至輻射光束之圖案包括相移特徵或所謂輔助特徵，則該圖案可不確切地對應於基板之目標部分中之所要圖案。通常，被賦予至輻射光束之圖案將對應於目標部分中所產生之器件(諸如積體電路)中的特定功能層。

圖案化器件可為透射的或反射的。圖案化器件之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列，及可程式化LCD面板。光罩在微影中係熟知的，且包括諸如二元、交變相移及衰減相移之光罩類型，以及各種混合式光罩類型。可程式化鏡面陣列之一實例使用小鏡面之矩陣配置，該等小鏡面中之每一者可個別地傾斜，以便使入射輻射光束在不同方向上反射。傾斜鏡面在由鏡面矩陣反射之輻射光束中賦予圖案。

本文中所使用之術語「投影系統」應被廣泛地解譯為涵蓋適於所使用之曝光輻射或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素的任何類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、磁性、電磁及靜電光學系統或其任何組合。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用皆與更一般之術語「投影系統」同義。

在此實施例中，舉例而言，裝置屬於透射類型(例如使用透射光罩)。替代地，裝置可屬於反射類型(例如使用如上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列，或使用反射光罩)。

微影裝置可屬於具有兩個(雙載物台)或多於兩個基板台及例如兩個或多於兩個光罩台之類型。在此等「多載物台」機器中，可並行地使用額外台，或可對一或多個台進行預備步驟，同時將一或多個其他台用於曝光。

微影裝置亦可屬於如下類型：其中基板之至少一部分可由具有相對較高折射率之液體(例如水)覆蓋，以便填充投影系統與基板之間的空間。亦可將浸潤液體施加至微影裝置中之其他空間，例如光罩與投影系統之間的空間。浸潤技術在此項技術中被熟知用於增加投影系統之數值孔徑。本文中所使用之術語「浸潤」並不意謂諸如基板之結構必須浸沒於液體中，而是僅意謂液體在曝光期間位於投影系統與基板之間。

參看圖1，照明器IL自輻射源SO接收輻射光束。舉例而言，當源為準分子雷射時，源及微影裝置可為單獨實體。在此等狀況下，不認為源形成微影裝置之部分，且輻射光束係憑藉包含例如合適導向鏡及/或光束擴展器之光束遞送系統BD而自源SO傳遞至照明器IL。在其他狀況下，舉例而言，當源為水銀燈時，源可為微影裝置之整體部分。源SO及照明器IL連同光束遞送系統BD在需要時可被稱作輻射系統。

照明器IL可包含用於調整輻射光束之角度強度分佈之調整器AD。通常，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈的至少外部徑向範圍及/或內部徑向範圍(其通常分別被稱作σ外部及σ內部)。另外，照明器IL可包含各種其他組件，諸如積光器IN及聚光器CO。照明器可用以調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。

輻射光束B入射於被固持於支撐結構(例如光罩台MT)上之圖案化器件(例如光罩MA)上，且係由該圖案化器件而圖案化。在已橫穿光罩MA的情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置感測器IF(例如干涉器件、線性編碼器、2D編碼器或電容式感測器)，可準確地移動基板台WT，例如以便使不同目標部分C定位於輻射光束B之路徑中。相似地，第一定位器PM及另一位置感測器(其未在圖1中明確地描繪)可用以例如在自光罩庫之機械擷取之後或在掃描期間相對於輻射光束B之路徑來準確地定位光罩MA。一般而言，可憑藉形成第一定位器PM之部分之長衝程模組(粗略定位)及短衝程模組(精細定位)來實現光罩台MT之移動。相似地，可使用形成第二定位器PW之部分之長衝程模組及短衝程模組來實現基板台WT之移動。在步進器(相對於掃描器)之狀況下，光罩台MT可僅連接至短衝程致動器，或可固定。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準光罩MA及基板W。儘管如所說明之基板對準標記佔據專用目標部分，但該等基板對準標記可位於目標部分之間的空間中(此等標記被稱為切割道對準標記)。相似地，在多於一個晶粒提供於光罩MA上之情形中，光罩對準標記可位於該等晶粒之間。

所描繪裝置可用於以下模式中之至少一者中：

1.在步進模式中，在將被賦予至輻射光束之整個圖案一次性投影至目標部分C上時，使光罩台MT及基板台WT保持基本上靜止(亦即，單次靜態曝光)。接著，使基板台WT在X及/或Y方向上移位，使得可曝光不同目標部分C。在步進模式中，曝光場之最大大小限制單次靜態曝光中所成像之目標部分C之大小。

2.在掃描模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，同步地掃描光罩台MT及基板台WT(亦即，單次動態曝光)。可藉由投影系統PS之放大率(縮小率)及影像反轉特性來判定基板台WT相對於光罩台MT之速度及方向。在掃描模式中，曝光場之最大大小限制單次動態曝光中之目標部分之寬度(在非掃描方向上)，而掃描運動之長度判定目標部分之高度(在掃描方向上)。

3.在另一模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，使光罩台MT保持基本上靜止，從而固持可程式化圖案化器件，且移動或掃描基板台WT。在此模式中，通常使用脈衝式輻射源，且在基板台WT之每一移動之後或在一掃描期間之順次輻射脈衝之間根據需要而更新可程式化圖案化器件。此操作模式可易於應用於利用可程式化圖案化器件(諸如上文所提及之類型的可程式化鏡面陣列)之無光罩微影。

亦可使用上文所描述之使用模式之組合及/或變化或完全不同的使用模式。

如圖2中所展示，微影裝置LA形成微影製造單元LC(有時亦被稱作微影製造單元(lithocell)或叢集)之部分，微影製造單元LC亦包括用以對基板執行曝光前程序及曝光後程序之裝置。通常，此等裝置包括用以沈積抗蝕劑層之旋塗器SC、用以顯影經曝光抗蝕劑之顯影器DE、冷卻板CH及烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板、在不同程序裝置之間移動基板，且接著將基板遞送至微影裝置之裝載匣LB。常常被集體地稱作塗佈顯影系統之此等器件係在塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下，塗佈顯影系統控制單元TCU自身受到監督控制系統SCS控制，監督控制系統SCS亦經由微影控制單元LACU來控制微影裝置。因此，不同裝置可經操作以最大化產出率及處理效率。

為了正確地且一致地曝光由微影裝置曝光之基板，需要檢測經曝光基板以測量屬性，諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光進行例如調整，尤其在檢測可足夠迅速地且快速地進行而使得同一批量之其他基板仍待曝光的情況下。又，已經曝光之基板可被剝離及重工以改良產率或可能被捨棄，藉此避免對已知有缺陷之基板執行曝光。在基板之僅一些目標部分有缺陷的狀況下，可僅對被認為無缺陷的彼等目標部分執行進一步曝光。

度量衡裝置係用以判定基板之屬性，且尤其判定不同基板或同一基板之不同層之屬性如何在層與層之間變化。度量衡裝置可整合至微影裝置LA或微影製造單元LC中，或可為單機器件。為了實現最快速測量，需要度量衡裝置緊接在曝光之後測量經曝光抗蝕劑層中之屬性。然而，抗蝕劑中之潛影具有極低對比度，此係因為在已曝光至輻射之抗蝕劑之部分與尚未曝光至輻射之抗蝕劑之部分之間僅存在極小折射率差一一且並非所有度量衡裝置皆具有足夠敏感度來進行潛影之有用測量。因此，可在曝光後烘烤步驟(PEB)之後採取測量，曝光後烘烤步驟(PEB)通常為對經曝光基板進行之第一步驟且增大抗蝕劑之經曝光部分與未經曝光部分之間的對比度。在此階段，抗蝕劑中之影像可被稱作半潛像(semi-latent)。亦有可能對經顯影抗蝕劑影像進行測量，此時，抗蝕劑之經曝光部分抑或未經曝光部分已被移除-或在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後對經顯影抗蝕劑影像進行測量。後者可能性限制重工有缺陷基板之可能性，但仍可提供有用資訊。

圖3之(a)展示度量衡裝置。圖3之(b)中更詳細地說明目標T及用以照明該目標之測量輻射之繞射射線。所說明之度量衡裝置屬於被稱為暗場度量衡裝置之類型。度量衡裝置可為單機器件，或併入於例如測量站處之微影裝置LA中或併入於微影製造單元LC中。由點線O表示貫穿裝置具有若干分支之光軸。在此裝置中，由源11(例如氙氣燈)發射之光係由包含透鏡12、14及物鏡16之光學系統經由光束分裂器15導向至基板W上。此等透鏡係以4F配置之雙重序列進行配置。可使用不同透鏡配置，其限制條件為：該透鏡配置仍將基板影像提供至偵測器上，且同時地允許接取中間光瞳平面以用於空間頻率濾光。因此，可藉由定義在呈現基板平面之空間光譜之平面(此處被稱作(共軛)光瞳平面)中的空間強度分佈來選擇輻射入射於基板上之角度範圍。詳言之，可藉由在為物鏡光瞳平面之背向投影式影像之平面中在透鏡12與14之間插入合適形式之孔徑板13來進行此選擇。在所說明實例中，孔徑板13具有不同形式，被標註為13N及13S，從而允許選擇不同照明模式。圖3之實例中之照明系統形成離軸照明模式。在第一照明模式中，孔徑板13N提供自僅出於描述起見被指明為「北」之方向之離軸。在第二照明模式中，孔徑板13S係用以提供相似照明，但提供來自被標註為「南」之相對方向之照明。其餘光瞳平面理想地暗，此係因為所要照明模式外部之任何不必要光將干涉所要測量信號。在其他實施例中，如下文參看圖4至圖8所論述，可使用不同形式之孔徑板13，諸如被標註為13H之孔徑板。

如圖3之(b)中所展示，目標T經置放成使得基板W垂直於物鏡16之光軸O。基板W可由支撐件(圖中未繪示)支撐。與軸線O成一角度而照射於目標T上之測量輻射射線I引起一個零階射線(實線0)及兩個一階射線(點鏈線+1及雙點鏈點線-1)。應記住，在運用填充過度之小目標的情況下，此等射線僅僅為覆蓋包括度量衡目標T及其他特徵之基板區域的許多平行射線中之一者。由於板13中之孔徑具有有限寬度(為接納有用量之光所必要)，故入射射線I事實上將佔據一角度範圍，且繞射射線0及+1/-1將稍微散開。根據小目標之點散佈函數(point spread function)，每一階+1及-1將遍及一角度範圍而進一步散佈，而非如所展示之單一理想射線。應注意，目標之光柵間距及照明角度可經設計或經調整成使得進入物鏡之一階射線與中心光軸接近地對準。圖3之(a)及圖3之(b)所說明之射線被展示為稍微離軸，以純粹地使其能夠在圖解中被更容易地區分。

在圖3之實例中，由基板W上之目標T繞射之至少0階及+1階係由物鏡16收集且返回導向通過光束分裂器15。返回至圖3之(a)，藉由指定被標註為北(N)及南(S)之完全相對孔徑而說明第一照明模式及第二照明模式兩者。當測量輻射之入射射線I來自光軸之北側時(亦即，當使用孔徑板13N來應用第一照明模式時)，被標註為+1(N)之+1繞射射線進入物鏡16。與此對比，當使用孔徑板13S來應用第二照明模式時，-1繞射射線(被標註為-1(S))為進入透鏡16之繞射射線。

第二光束分裂器17將繞射光束劃分成兩個測量分支。在第一測量分支中，光學系統18使用零階繞射光束及一階繞射光束而在第一感測器19(例如CCD或CMOS感測器)上形成目標之繞射光譜(光瞳平面影像)。每一繞射階射中感測器上之一不同點，使得影像處理可比較及對比若干階。由感測器19捕捉之光瞳平面影像可用於聚焦度量衡裝置及/或正規化一階光束之強度測量。亦可出於諸如重建構之許多測量目的來使用光瞳平面影像。

在第二測量分支中，光學系統20、22在感測器23(例如CCD或CMOS感測器)上形成目標T之影像。在第二測量分支中，在與光瞳平面共軛之平面中提供孔徑光闌21。孔徑光闌21用以阻擋零階繞射光束，使得形成於感測器23上之目標之影像係僅由-1或+1一階光束形成。由感測器19及23捕捉之影像經輸出至處理影像之處理器PU，該處理器之功能將取決於正被執行之測量之特定類型。應注意，此處在廣泛意義上使用術語「影像」。因而，若存在-1階及+1階中之僅一者，則將不形成光柵線之影像。

圖3中所展示之孔徑板13及場光闌21之特定形式純粹為實例。在本發明之另一實施例中，使用目標之同軸照明，且使用具有離軸孔徑之孔徑光闌以將實質上僅一個一階繞射光傳遞至感測器。在又其他實施例中，代替一階光束或除了一階光束以外，亦在測量中使用二階光束、三階光束及高階光束(圖3中未繪示)。

為了使測量輻射可適應於此等不同類型之測量，孔徑板13可包含圍繞圓盤而形成之數個孔徑圖案，該圓盤旋轉以使所要圖案處於適當位置。應注意，孔徑板13N或13S可僅用以測量在一個方向(取決於設置而為X或Y)上定向之光柵。為了測量正交光柵，可能實施達90°及270°之目標旋轉。

圖3之(c)描繪根據已知實務形成於基板上之(複合)目標。此實例中之目標包含四個光柵25a至25d，該四個光柵接近地定位在一起使得其將皆在由度量衡裝置之度量衡輻射照明光束形成之測量場景或測量光點24內。該四個光柵因此皆被同時地照明且同時地成像於感測器19及23上。在專用於疊對測量之實例中，光柵25a至25d自身係由在形成於基板W上之半導體器件之不同層中圖案化之上覆光柵形成的複合光柵。光柵25a至25d可具有以不同方式偏置之疊對偏移(層之間的故意失配)，以便促進形成有複合光柵之不同部分之層之間的疊對之測量。此類技術為熟習此項技術者所熟知，且將不對其進行進一步描述。光柵25a至25d亦可在其定向方面不同(如所展示)，以便使入射輻射在X方向及Y方向上繞射。在一項實例中，光柵25a及25c為分別具有+d、-d之偏置之X方向光柵。光柵25b及25d為分別具有偏移+d及-d之Y方向光柵。可在由感測器23捕捉之影像中識別此等光柵之單獨影像。此僅為目標之一個實例。目標可包含多於或少於四個光柵，或僅單一光柵。

圖3之(d)展示在圖3之(a)之裝置中使用圖3之(c)之目標而可形成於感測器23上且由感測器23偵測到的影像之實例。雖然光瞳平面影像感測器19不能解析不同個別光柵25a至25d，但影像感測器23可解析不同個別光柵25a至25d。暗矩形表示感測器上之影像之場，在該場內，基板上之經照明光點24成像至對應圓形區域26中。在此場內，矩形區域27a至27d表示小目標光柵25a至25d之影像。若目標位於產品區域中，則在此影像場之周邊中亦可看見產品特徵。影像處理器及控制器PU使用圖案辨識來處理此等影像以識別光柵25a至25d之單獨影像27a至27d。以此方式，影像並不必須在感測器框架內之特定部位處極精確地對準，此情形極大地改良測量裝置整體上之產出率。

一旦已識別光柵之單獨影像，就可例如藉由平均化或求和經識別區域內之經選擇像素強度值來測量彼等個別影像之強度。可將該等影像之強度及/或其他屬性彼此進行比較。可組合此等結果以測量微影程序之不同參數。疊對效能為此參數之重要實例。

如本說明書之引言部分中所提及，目標結構中之疊對及其他不對稱性之測量在結構處於待製造之器件特徵之解析度時係困難的。此係因為難以捕捉高於零階之繞射輻射。舉例而言，在圖3之(a)至(d)中所描繪之類型之配置中，+1繞射階及-1繞射階中之任一者或兩者的反射角對於其兩者變得過高而未由物鏡16捕捉到或此等階變得漸消(非傳播的)。

目標不對稱性對零階反射光束(亦即鏡面反射光束)作出貢獻，儘管極小。物鏡16相對容易捕捉到零階反射光束。干涉法可用以以高敏感度測量對零階反射光束之不對稱性貢獻，以及測量其他所關注參數。在下文描述基於此原理之實施例。

根據一實施例，提供用於測量藉由微影程序而形成於基板上之結構之度量衡裝置。在一實施例中，在僅提供第一測量分支(其中偵測器被置放於光瞳平面中)之狀況下，該度量衡裝置大致相似於圖3之度量衡裝置。然而，沒有必要使偵測在光瞳平面中發生。在其他實施例中，將偵測器置放於影像平面中或置放於影像平面與光瞳平面之間的平面中。度量衡裝置包含光學系統(下文參看圖4及圖5所描述)，該光學系統將輻射聚焦至結構上且在反射之後將輻射導向至偵測系統102(經由箭頭100)。下文參看圖13至圖17給出關於實例偵測系統102之另外細節。光學系統經組態使得偵測系統102偵測由來自光瞳平面場分佈中之至少兩個不同點之輻射之間的干涉引起的輻射強度。該干涉係使得偵測到之輻射強度之含有關於所關注參數之資訊的分量相對於偵測到之輻射強度之一或多個其他分量得以增強(歸因於對應於該一或多個其他分量的輻射之至少部分破壞性干涉)。光學系統可引入光瞳平面場分佈中之不同點之間的所需空間相干性，因此，可使用非相干的輻射源來實施功能性。在一實施例中，偵測到之輻射強度係由來自結構之零階反射產生。因此，該途徑適合於測量高解析度特徵(例如處於待製造之器件結構之解析度的特徵)。

參看圖4至圖7、圖13、圖14及圖16所論述之實施例使用共同路徑干涉法之形式來實施上述功能性，其中由光束分裂器分裂之光在第二次傳遞通過該光束分裂器之後在被干涉之前在不同指向上遵循共同路徑。此等實施例中之所關注參數為疊對，但原理可應用於其他所關注參數。

圖4描繪度量衡裝置之用於將輸入輻射光束34提供至光學單元40(展示於圖5至圖7中)的光學元件。源11(例如光纖之輸出端)提供輻射光束，該輻射光束傳遞通過包含透鏡12、14A及14B之透鏡系統。透鏡12、14A及14B對應於圖3中所展示之透鏡12及14。類似於圖3之透鏡12 及14，該等透鏡12、14A及14B可以4F配置之雙重序列進行配置。其中形成光瞳平面場分佈的光瞳平面被標註為32。其中形成源(例如光纖之末端)之影像的影像平面被標註為35。孔徑板13提供於光瞳平面32中。孔徑板13可採取由例如插圖13H所描繪之形式(自上方檢視)。孔徑平面13將所要光瞳平面場分佈賦予至提供至光束分裂器48之輸入輻射34，且將在下文對其進一步詳細地描述。輸入輻射34可視情況由偏振器偏振(例如線性偏振)。

如圖6、圖7、圖13及圖14中所描繪，在實施例中，光學單元40包含光束分裂器48。光束分裂器48將輸入輻射光束34分裂成第一輻射光束及第二輻射光束。光學單元40為將第一輻射光束及第二輻射光束導向至基板W上且將來自基板W之反射輻射經由光束分裂器48(經由箭頭100)導向至偵測系統102(其可包含例如一或多個CCD或CMOS感測器)的光學系統(圖5中所描繪)之部分。偵測系統102可在光瞳平面中進行偵測。偵測系統102因此可記錄在自基板W反射之後的第一輻射光束及第二輻射光束之組合在光瞳平面場分佈中之強度。如將在下文進一步詳細地描述，偵測系統102偵測由第一輻射光束與第二輻射光束之間的干涉引起的輻射。在一實施例中，該干涉係使得第一輻射光束與第二輻射光束在偵測點處針對來自目標結構之對稱組件之反射比針對來自目標結構之不對稱組件之反射更具破壞性地(例如完全破壞性地)進行干涉。藉此移除或減少不含有關於目標結構中之不對稱性之資訊的背景信號。含有關於目標結構中之不對稱性之資訊的信號之一部分被保留。藉此增大可測量不對稱性之敏感度。第一輻射光束與第二輻射光束之間的干涉包含光瞳平面場分佈中之不同點之間的干涉。在此等實施例中，光瞳平面場分佈中將干涉彼此的若干對之點係圍繞共同對稱點(針對點對稱性)或共同對稱軸(針對鏡面對稱性)對稱地配置。當光瞳平面場分佈圍繞共同對稱點或對稱軸完美地對稱時，該等對之點具有相同的振幅且可藉由在其之間施加180度相移而進行破壞性干涉。可因此有效地移除對稱背景信號，且可以高敏感度偵測與對稱性之任何偏差。下文所描述之圖6描繪光瞳平面場分佈中之不同點經鏡面對稱干涉之實例。下文所描述之圖7描繪光瞳平面場分佈中之不同點經點對稱干涉之實例。

在一實施例中，到達偵測器的經反射第一輻射光束及經反射第二輻射光束係由自基板W上之目標結構之零階反射產生。因此，該途徑適合於測量高解析度特徵(例如處於待製造之器件結構之解析度的特徵)。

在圖4至圖7、圖13、圖14及圖16之實施例中，光學系統60係使得第一輻射光束與第二輻射光束圍繞包含第一分支61及第二分支62之共同光學路徑在相對方向上傳播。在所展示實施例中，第一分支61及第二分支62具有共同光學元件(例如透鏡42A、42B及44)，但輻射在每一分支中傳播通過此等共同光學元件之不同部分。共同光學路徑在第一輻射光束之光學軌跡與第二輻射光束之光學軌跡可疊置於彼此上(在工程容許度內)之意義上係共同的。在共同光學路徑中第一輻射光束之光學軌跡與第二輻射光束之光學軌跡之間的唯一差異為：第一輻射光束與第二輻射光束在相對方向上行進。該共同光學路徑為封閉光學路徑。第一輻射光束沿著第一分支61(在所展示之實例中向下)自光束分裂器48傳播至基板W且沿著第二分支62(在所展示之實例中向上)自基板W傳播回至光束分裂器48。第二輻射光束沿著第二分支62(在所展示之實例中向下)自光束分裂器48傳播至基板W且沿著第一分支61(在所展示之實例中向上)自基板W傳播回至光束分裂器48。第一輻射光束及第二輻射光束聚焦至基板上之同一部位上，從而在基板W上形成影像(例如源11之影像)。相對於第二輻射光束向第一輻射光束施加相移以增加在偵測器38處第一輻射光束與第二輻射光束之間的破壞性干涉(相對於不施加相移之狀況)。在一實施例中，相對於第二輻射光束之整個橫截面向第一輻射光束之整個橫截面均一地施加相移。在實施例之一個特定類別中，相移等於180度。相移係使得偵測到之輻射強度之含有關於所關注參數(例如疊對)之資訊的分量相對於偵測到之輻射強度之一或多個其他分量藉由干涉得以增強。

歸因於第一輻射光束與第二輻射光束具有共同光學路徑，若第一輻射光束與第二輻射光束自其中反射之目標結構完全對稱(例如點對稱或鏡面對稱)，則在具有180度之經施加相位差的狀況下在偵測系統102處針對光瞳平面場分佈中之所有點可達成完全破壞性干涉。歸因於例如疊對的目標結構中之任何不對稱性將造成不完全破壞性干涉。不完全破壞性干涉會在偵測系統102處提供可用以獲得不對稱性之量度之信號。干涉法因此移除非想要的背景信號且改良可測量不對稱性之敏感度。

可移除背景之程度將取決於諸如光束分裂器48之光學元件之對準準確度及/或光學缺陷。不完美對準將導致條紋(歸因於自第一輻射光束及第二輻射光束反射之光束並不確切地處於彼此之頂部上或並不在確切同一方向上傳播)。不完美光學件例如在光束分裂器48不提供確切50/50光束分裂的情況下將導致不完全的背景抑制。

在圖5之實例中，第一輻射光束及第二輻射光束兩者係由透鏡42A、42B及44聚焦至基板W上。透鏡42A與42B之間的影像平面被標註為34。基板W亦定位於影像平面中。透鏡42B與44之間的光瞳平面被標註為32。自第一輻射光束及第二輻射光束反射之輻射在經由透鏡18A及18B第二次傳遞通過光束分裂器48之後經導向至偵測器38。透鏡18A與18B之間的影像平面被標註為34。

在一實施例中，第一輻射光束及第二輻射光束經對稱地導向至基板W上。對稱性可導致在第一輻射光束及第二輻射光束自基板W反射之前該第一輻射光束之光瞳平面場分佈相對於該第二輻射光束之光瞳平面場分佈(其在與第一輻射光束之光瞳平面場分佈同一個平面中)係鏡面對稱或點對稱的。光學系統執行在第一分支或第二分支中傳播之輻射之光瞳平面場分佈的至少一次翻轉或旋轉，使得來自第一輻射光束之影像及來自第二輻射光束之影像分別由具有相對於彼此鏡面對稱或點對稱的光瞳平面場分佈之輻射而形成。

在圖6之實例中，使在第一分支中傳播之輻射之光瞳平面場分佈翻轉(反射)，使得來自第一輻射光束之影像及來自第二輻射光束之影像分別由具有相對於彼此鏡面對稱的光瞳平面場分佈之輻射而形成。在此類型之實施例中，可提供光學路徑長度補償器50以補償由光瞳平面場分佈之翻轉引入的額外光學路徑長度。在圖6之特定實例中，藉由第一分支61中之光瞳平面場分佈修改單元46使光瞳平面翻轉。光學路徑長度補償器50接著定位於第二分支62中。

可以各種方式來實施光瞳平面場分佈修改單元46。在所展示之組態中，可使用達成改變輻射光束之方向(自水平至向下)且使光瞳平面場分佈翻轉之所要功能的光學元件之任何組合。可例如使用兩個合適定向鏡面或五稜鏡來實施該功能性。

可以各種方式來實施光學路徑長度補償器50。可使用達成針對第一輻射光束與第二輻射光束使自光束分裂器48至基板W上之目標結構之光學路徑長度相同(藉由補償通過光瞳平面場分佈修改單元46之迂迴路)之所要功能的光學元件之任何組合。此係為確保目標結構在影像平面中且因此焦點對準(從而允許目標結構之最佳測量)所必需。在圖6之特定實例中，光學路徑長度補償器50包含四個鏡面。光學路徑長度補償器50可替代地使用直角稜鏡或直角稜鏡與鏡面之組合來實施。光學路徑長度補償器50之長度可固定(例如完美地匹配至光瞳平面場分佈修改單元46)或可調的(出於靈活性起見)。原則上，可使用玻璃板(由於高折射率)。

圖7描繪將第一輻射光束與第二輻射光束對稱地導向至基板W上之替代實施方案。與達成鏡面對稱性之圖6之實施例形成對比，圖7之配置導致在第一輻射光束及第二輻射光束自基板W反射之前該第一輻射光束之光瞳平面場分佈相對於該第二輻射光束之光瞳平面場分佈係點對稱的。在圖7之實例中，此係藉由修改圖6之配置以在第一分支61中添加額外翻轉(鏡面反射)來達成。在所展示之實例中，藉由杜夫稜鏡80實施該額外翻轉。在一替代實施例中，使用例如屋頂阿米西(Amici)稜鏡來替代光學路徑長度補償器50之鏡面中之一者來實施額外翻轉。替代地，在第二分支62中提供額外翻轉。替代地，可藉由例如藉由在該等分支中之一者中實施-90度旋轉且在另一分支中實施+90度旋轉使光瞳平面場分佈旋轉來達成該效應。點對稱性係合乎需要的，此係因為其對應於已自相對方向上與目標相互作用的干涉光束。此對於經對準之光柵目標可並非必需的，其中目標自身之對稱性意謂光瞳平面場分佈中之鏡面對稱性可適當。然而，當疊對目標未對準時或當需要測量產品特徵時，可能有必要使用諸如圖7之實施例的實施例來確保光瞳平面場分佈係點對稱的。

可以各種方式來實施光束分裂器48。在所展示之實例中，使用板光束分裂器。在其他實施例中，使用立方體光束分裂器或護膜光束分裂器。為了最大破壞性干涉，50/50光束分裂器係較佳的。

當僅測量不對稱性，諸如僅測量疊對時，通常將使用180度之相移。然而，使用另一相移將意謂背景信號之不完全抑制。此在需要自背景信號獲得資訊的情況下可有益。舉例而言，可獲得關於目標之對稱屬性之資訊(例如臨界尺寸)。在一實施例中，度量衡裝置經組態使得相移選擇性地可控制。因此，可視需要調節背景之位準，或可在主要對不對稱屬性敏感之模式與主要對對稱屬性敏感之模式之間切換測量。在一實施例中，相移經配置為至少暫時接近於180度但並不確切為180度(例如180度加或減1度、視情況2度、視情況5度、視情況10度、視情況20度之移位)。可藉由例如光束分裂器48之合適調適來實施相移之控制。

替代地或另外，可藉由提供裝置以選擇性地移除光束分裂器48或用不同組件(諸如雙面鏡)選擇性地替換光束分裂器來達成對稱屬性之測量。替代地或另外，光束分裂器48可經組態為具有不同於50/50之光束分裂比率(此將導致對於目標結構之對稱組件之不完全破壞性干涉)。

在圖6及圖7之實施例中，反射之第一輻射光束與反射之第二輻射光束之間的180度相移係藉由該兩個光束經反射或透射通過光束分裂器之不同方式提供。在所展示之特定實例中，第一輻射光束係藉由自光束分裂器48之一側(左側)反射而輸出，且在圍繞共同光學路徑傳播之後藉由自光束分裂器48之相對側(右側)反射而導向至偵測器38。此涉及兩次反射(一次在內部且一次在外部)。與此對比，第二輻射光束係藉由透射通過光束分裂器48而輸出，且在圍繞共同光學路徑傳播之後藉由第二次透射通過光束分裂器48而導向至偵測器38。因此，若光學路徑長度相同，則藉由自光束分裂器之一次外部反射引入的180度相移提供兩個輻射光束之間的所要180度相移。

在一實施例中，至光束分裂器48之輸入輻射34包含光瞳平面場分佈，其中該光瞳平面場分佈之第一區已被移除從而僅留下該光瞳平面場分佈之第二區。在圖4至圖7、圖13、圖14及圖16之實施例中，藉由孔徑板13H移除第一區。在一實施例中，第一區與第二區為相對定向之半圓。此途徑係合乎需要的，此係因為其允許最大比例的輻射貢獻於基板W之對稱照明。完整圓形光瞳平面場分佈提供於透鏡44處。一半係由第一輻射光束提供且另一半係由第二輻射光束提供。在此類型之實施例中，光瞳平面場分佈之翻轉可包含：圍繞光瞳平面之第一區之半圓之直邊的反射(圖6)，及/或圍繞光瞳平面之第一區之半圓之鏡面對稱線的反射(圖7)。

圖6描繪在輸入輻射34至光學單元40之輸入與在自基板W之反射之後的輻射光束自光學單元40之輸出之間的光學路徑中之各個點處的光瞳平面場分佈。輸入輻射34在進入光學單元40時之光瞳平面場分佈被標註為70(如自上方檢視)。箭頭指示輻射之傳播方向(在此狀況下向下)。圖中提供圓形、正方形及三角形(其並不存在於實際光瞳平面場分佈中)以識別光瞳平面場分佈之參考部分，以便促進對通過該圖中之光學系統之光瞳平面場分佈之定向的視覺追蹤。

如以上所描述，輸入輻射34係由光束分裂器分裂成第一輻射光束及第二輻射光束。

第一輻射光束遵循第一分支61且在向下射出光學單元40之前傳遞通過光瞳平面場分佈修改單元46。在此階段之光瞳平面場分佈(如自上方檢視)被標註為71A。如可看到，光瞳平面場分佈71A為光瞳平面場分佈70之鏡像。鏡面對稱軸為半圓之直邊。第一輻射光束傳遞通過光學單元40與基板W之間的光學件(第一分支61之其餘部分)以在基板W上形成影像。第一輻射光束接著自基板W反射且沿著第二分支62向上傳播。經反射第一輻射光束傳遞通過基板W與光學單元40之間的光學件。經反射第一輻射光束在進入光學單元時之光瞳平面場分佈被標註為71B(自上方檢視)。光學單元40與基板W之間的光學件導致光瞳平面場分佈71A以點對稱方式重排從而提供光瞳平面場分佈71B。經反射第一輻射光束向上傳遞通過光學路徑長度補償器50且在自光束分裂器48反射之後自光學單元40輸出。在此階段之光瞳平面場分佈(自左側水平地檢視)被標註為71C。

第二輻射光束圍繞共同光學路徑在與第一輻射光束相對之指向上傳播。在透射通過光束分裂器48並傳播通過光學路徑長度補償器50之後的第二輻射光束之光瞳平面場分佈被標註為72A(自上方檢視)。光瞳平面場分佈72A相同於光瞳平面場分佈70。第二輻射光束傳遞通過光學單元40與基板W之間的光學件(第二分支62之其餘部分)以在基板W上形成影像。第二輻射光束接著自基板W反射且沿著第一分支61向上傳播。經反射第二輻射光束傳遞通過基板W與光學單元40之間的光學件。經反射第二輻射光束在進入光學單元40時之光瞳平面場分佈被標註為72B(自上方檢視)。光學單元40與基板W之間的光學件導致光瞳平面場分佈72A以點對稱方式重排從而提供光瞳平面場分佈72B。經反射第二輻射光束傳遞通過光瞳平面場分佈修改單元46，且在第二次透射通過光束分裂器48之後自光學單元40輸出。在此階段之光瞳平面場分佈(自左側水平地檢視)被標註為72C。

圖7描繪在與圖6相同之點處的光瞳平面場分佈。上文所論述之額外翻轉致使光瞳平面場分佈71A相對於光瞳平面場分佈72A點對稱，而非鏡面對稱。

光瞳平面場分佈71C及72C具有相同定向且確切處於彼此上方(在工程容許度內)。此致使源自在由圖6及圖7中之71B及72B之組合界定的光瞳平面場分佈中相對於彼此鏡面對稱或點對稱的若干對之點之輻射進行干涉。可接著在偵測系統102處偵測對應輻射強度。在圖6及圖7之示意性說明中，71B與72B之兩個三角形將進行干涉、71B與72B之兩個正方形將進行干涉，且71B與72B之兩個圓形將進行干涉。若光瞳平面場分佈71B與72B彼此確切相同(因為目標結構尚未誘發任何不對稱性)，則破壞性干涉將致使整個光瞳平面場分佈為暗的。因為半光瞳之兩個複本在空間上重疊，所以貫穿光瞳具有空間相干性並非必需的。如上文所論述，光瞳平面場分佈中之任何不對稱性將造成不完全破壞性干涉且藉此提供亮區。亮區可由偵測系統102偵測且提供關於目標結構中之不對稱性之資訊。

在一替代實施例中，提供以下度量衡裝置：其使用光學光瞳對稱化(OPS)系統以提供對自目標結構之對稱組件之反射的破壞性干涉及對自目標結構之不對稱組件(諸如疊對)之反射的建設性干涉。全文特此係以引用方式併入之WO 2016/096310 A1中提供如何實施OPS系統之細節。

在一實施例中，提供如以上參看圖4至圖5所描述之度量衡裝置，其例外之處在於圖4之組態可能不包含供移除光瞳場分佈之第一區的孔徑板13H且光學單元40如圖8所展示而組態。圖8之光學單元40包含OPS系統。光學單元40包含將輻射光束34分裂成第一輻射光束及第二輻射光束之第一光束分裂器83。光學單元40進一步包含重組第一輻射光束與第二輻射光束之第二光束分裂器84。第一輻射光束沿著第一光束分裂器83與第二光束分裂器84之間的第一光學分支81傳播。第二輻射光束沿著第一光束分裂器83與第二光束分裂器84之間的第二光學分支82傳播。第一光學分支81及第二光學分支82使第一輻射光束之場分佈相對於第二輻射光束之場分佈圍繞兩個正交軸線翻轉或旋轉。在圖8之實例中，在第一分支81中使用第一杜夫稜鏡85使第一輻射光束圍繞第一軸線翻轉。在第二分支82中使用第二杜夫稜鏡86使第二輻射光束圍繞垂直於第一軸線之第二軸線翻轉。在一替代實施方案中，提供使第一輻射光束在第一分支中旋轉-90度且使第二輻射光束在第二分支中旋轉+90度之光學元件。沿著第一光學分支81之光學路徑長度等於沿著第二光學分支82之光學路徑長度。

輻射光束在自目標結構反射(經由光學系統60，其可例如如圖5中所展示而組態)之前傳遞通過第一光束分裂器83及第二光束分裂器84。聚焦至結構上之輻射光束之光瞳平面場分佈係點對稱的。輻射光束接著另外在自目標結構反射(在相對方向上)之後傳遞通過第一光束分裂器83及第二光束分裂器84。此導致來自第一光束分裂器83之第一輸出87係藉由第一輻射光束與第二輻射光束破壞性地干涉來自目標結構之對稱組件之反射且建設性地干涉來自目標結構之不對稱組件之反射而形成。第一輸出87係使得偵測到之輻射強度之含有關於所關注參數(例如疊對)之資訊的分量相對於一或多個其他分量(例如對稱分量)得以增強。

輻射可經由四個不同路線傳播通過圖8之OPS系統：1)經由第一光學分支81傳播至目標結構且經由第二光學分支82傳播回至第一光束分裂器83、2)經由第二光學分支82傳播至目標結構且經由第一光學分支81傳播回至第一光束分裂器83、3)經由第一光學分支81傳播至目標結構且經由第一光學分支81傳播回至第一光束分裂器83，及4)經由第二光學分支82傳播至目標結構且經由第二光學分支82傳播回至第一光束分裂器83。一起考慮之路線1及路線2相似於參看圖4至圖7所論述之共同路徑干涉實施例。一起考慮之路線3及路線4類似於雙馬赫-曾德耳(Mach Zehnder)干涉計。兩對路線提供相對於自目標結構之對稱組件之反射的180度之相位差，藉此導致破壞性干涉。不對稱組件可進行建設性地干涉且藉此貢獻於經由第一輸出87偵測到之信號。

圖9描繪其中圖8之OPS系統經定位使得輻射光束僅在自目標結構反射之後(而不在自目標結構反射之前)傳遞通過的替代實施例。在此類型之實施例中，可提供其他配置以將空間相干性引入入射於結構上之輻射中，及/或源11可經組態以輸出空間上相干輻射。在此狀況下之度量衡裝置可如以上參看圖4至圖5所描述，其例外之處在於圖4之組態可能不包含供移除光瞳場分佈之第一區的孔徑板13H、圖5中之光學單元40由單個光束分裂器組成且圖9之OPS系統被提供於圖5中所展示之透鏡18B之後。在此實施例中，第一偵測器38A偵測自第二光束分裂器84之第一輸出87輸出之輻射。第二偵測器38B偵測自第二光束分裂器84之第二輸出88輸出之輻射。在此狀況下之OPS系統根據馬赫-曾德耳干涉計之原理進行操作。當第一光學分支81與第二光學分支82中之路徑長度相等時，第一輸出87歸因於破壞性干涉而將為暗的且第二輸出88歸因於建設性干涉而將為亮的。如在圖8之實施例中，杜夫稜鏡85及86使第一輻射光束及第二輻射之場分佈翻轉，使得光瞳之兩個複本在其被干涉時係點對稱的。在第一偵測器38A中，光被破壞性地干涉且僅保持不對稱性信號(來自自目標結構之不對稱組件之反射)。此致使偵測到之輻射強度之含有關於所關注參數(例如疊對)之資訊的分量相對於其他分量得以增強。在第二偵測器38B中，光被建設性地干涉。此允許第二偵測器38B偵測其中含有關於所關注參數(例如疊對)之資訊的分量相對於其他分量得以抑制之輻射強度。第二偵測器38B因此可用以測量例如光瞳之對稱部分。

若以上參看圖6至圖9所描述之干涉系統完美地平衡，則經測量輻射強度大致遵循依據目標不對稱性(例如疊對)而變化的餘弦曲線。餘弦曲線之對稱性意謂：若僅獲得強度之單一值，則偵測到之不對稱性之正負號係不明確的。具有第一正負號之不對稱性(例如在+X方向上之疊對)之給定量值將導致與具有相反正負號之不對稱性(例如在-X方向上之疊對)之相同量值相同的強度。用於處理此問題之一種途徑為使用具有非零標稱不對稱性之度量衡目標，例如具有疊對偏置之度量衡目標。此途徑需要特別的度量衡目標且相對較不靈活且在提供多少額外資訊方面受限。在下文描述藉由向輻射施加光學特性之偏移而提供增加之靈活性的替代途徑。

在一實施例中，光學系統經組態以將光學特性之複數個不同偏移施加至在自目標結構反射之前及/或之後的輻射。施加不同偏移，其方式為使得相對於導出自光瞳平面場分佈之第二點之反射輻射，將對應複數個不同偏移提供至導出自光瞳平面場分佈之第一點之反射輻射。提供偵測系統102，其偵測由導出自光瞳平面場分佈之第一點之反射輻射與導出自光瞳平面場分佈之第二點之反射輻射之間的干涉所引起的對應複數個輻射強度。每一輻射強度對應於該複數個不同偏移中之一不同偏移。可偵測來自光瞳平面場分佈中之第一點與第二點之複數個不同對之反射輻射之間的干涉引起的輻射強度集合。輻射強度之每一集合包含針對複數個不同偏移中之每一者之輻射強度。在一實施例中，點之每一對圍繞同一鏡面對稱線相對於彼此鏡面對稱地定位，或圍繞同一對稱點相對於彼此點對稱地定位。在一實施例中，在同一測量分支中在不同時間測量對應於複數個不同偏移的複數個輻射強度中之至少兩者(如下文參看例如圖13至圖15所論述)。此途徑允許使用緊湊裝置在多個偏移下進行測量。在一實施例中，在不同測量分支中同時測量對應於複數個不同偏移的複數個輻射強度中之至少兩者(如下文參看例如圖16及圖17所論述)。此途徑允許在多個偏移下快速進行測量。

該途徑可應用於上文所論述之實施例中之任一者，包括使用基於共同路徑干涉法之架構(諸如在圖6及圖7中)及基於OPS之架構(諸如在圖8及圖9中)對來自光瞳平面場分佈中之不同點之輻射進行干涉的實施例。在一類實施例中，不同偏移包含不同的相位偏移。在另一類實施例中，不同偏移包含不同的振幅偏移。在又一類實施例中，不同偏移包含振幅及相位偏移之組合。

如上文詳細所論述，來自光瞳平面場分佈中之不同點之輻射之間的干涉可使得偵測到之輻射強度之含有關於所關注參數之資訊的分量相對於該偵測到之輻射強度之一個或多個其他分量得以增強。本質上，該干涉造成來自一或多個其他分量之貢獻藉由破壞性干涉而至少部分地抵消。在來自兩個不同點之輻射之間施加相位或振幅偏移會調整消除發生之程度。圖10描繪針對三個不同疊對值藉由干涉產生之偵測到之強度I被預期依據所施加之相位偏置θ而如何變化。曲線111對應於零疊對，曲線112對應於正疊對，且曲線113對應於負疊對。曲線111至113中之每一者採取形式cos(π+偏置)，其中歸因於時間相干性有限而具有較大偏置之衰減。歸因於目標結構中之不對稱性(例如疊對)之相位不對稱性使曲線向左或向右移位。移位之量值提供關於目標結構中之不對稱性之量值之資訊。移位之方向提供關於目標結構中之不對稱性之正負號之資訊。在所展示之特定實例中，正疊對使曲線向左移位(曲線112)，且負疊對使曲線向右移位(曲線113)。

在不同相位偏置下進行干涉強度之多次測量使得有可能對曲線進行擬合。圖11展示六個此類測量之實例標繪圖。將曲線擬合至此等點將指示目標結構之疊對最接近地匹配於圖10中之曲線112。可因此以高準確度獲得目標不對稱性之量值及正負號兩者。相比於在不使用多個經施加偏移的情況下將可能之情形，能夠準確地匹配於干涉強度相對於所施加振幅及/或相位偏移之理論上所產生之曲線更一般而言提供用於判定關於正被分析之目標結構之更詳細資訊的基礎。

在一實施例中，不同偏移包含在第一指向上之至少一個偏移(例如相對於貢獻於干涉之兩個點中之第二點，增加來自該兩個點中之第一點之輻射的振幅，或相對於第二點增加來自第一點之輻射的相角)及在與第一指向相對的第二指向上之至少一個偏移(例如相對於第二點，減小來自第一點之輻射之振幅，或相對於第二點，減小來自第一點之輻射之相角)。在一實施例中，兩個偏移彼此大小相等，但正負號相反。此途徑允許在需要兩個偏移之最小值的情況下準確獲得強度相對於偏移之曲線的導數。圖12描繪已在點114及115處進行兩次測量的實例途徑。將直線116 與該兩個點擬合會得到在零偏移下之曲線之導數的估計值，其識別出正被測量之目標結構最接近地類似於對應於曲線112(亦即正疊對)之目標結構。該導數針對負疊對(曲線113)將具有相反正負號，且藉此提供目標結構中之偵測到之不對稱性(在此狀況下為疊對)之正負號的敏感量度。該導數亦提供關於不對稱性(例如疊對)之量值之資訊。較大導數對應於較大不對稱性(例如疊對)。

可以各種方式施加不同偏移。在下文描述一些實例。

在一類實施例中，由偏振相依光學元件131至少部分地定義不同偏移。偏振相依光學元件131取決於傳遞通過該偏振相依光學元件131的輻射之偏振而修改該輻射之振幅或相位。在此等實施例中，來自或形成光瞳平面場分佈之第一點的輻射以與來自或形成光瞳平面場分佈之第二點的輻射不同的偏振傳遞通過偏振相依光學元件131。偏振相依光學元件131因此可與來自第二點之輻射不同地修改來自第一點之輻射，且藉此施加所要偏移。

圖13描繪圖6之光學單元40經修改為在第一分支61中包括偏振相依光學元件131的實例實施。偏振相依光學元件131可替代地定位於第二分支62中。若目標結構至少部分地轉換在反射(例如自光柵)之後的輻射之偏振且在此偏振轉換之方向相依性內含有關於所關注參數之資訊，則偏振相依光學元件131可施加偏移，此係因為圍繞圖13之迴路順時針傳播(亦即沿第二分支62向下且沿第一分支61向上)的輻射之偏振屬性在偏振相依光學元件131處與逆時針傳播(亦即沿第一分支61向下且沿第二分支62向上)之輻射的偏振屬性有可能不同。此係因為順時針輻射在自目標結構反射之後遇到偏振相依光學元件131，而逆時針輻射在自目標結構反射之前遇到偏振相依光學元件131。作為一實例，當輸入輻射34純粹經X偏振時，Y偏振輻射將僅存在於反射輻射中(歸因於目標結構之偏振轉換屬性)。若偏振相依光學元件131相對於X偏振輻射延遲Y偏振輻射，則此因此將僅影響順時針行進輻射，其在反射之後遇到偏振相依光學元件131(其中存在Y偏振)。當不存在Y偏振時，逆時針行進輻射僅在自目標反射之前傳遞通過偏振相依光學元件131，且因此未被延遲。此導致在順時針傳播方向之輻射與逆時針傳播方向之輻射之間的偏移。當光瞳平面場分佈隨後疊置以造成干涉(參看圖6及圖7中之71C及72C)時，經施加偏移構成提供至導出自光瞳平面場分佈之第一點(例如導出自光瞳平面場分佈之部分中之被標註為71A的點，其界定入射至目標結構上之輻射)的反射輻射之光學屬性(相位或振幅)相對於導出自光瞳平面場分佈(例如導出自光瞳平面場分佈之部分中之被標註為72A的點，其與以上提及的光瞳平面場分佈中之部分中之被標註為71A的點對稱地相對，其由順時針輻射提供)之第二點的反射輻射之偏移。在偏移包含相位之偏移之狀況下，偏振相依光學元件131可包含如以上實例中之延遲器。在偏移包含振幅之偏移之狀況下，偏振相依光學元件131可包含雙衰減器(diattenuator)(亦名為線性二向色光學件、偏振相依損耗光學件或弱偏振器)。

在一實施例中，延遲器為可變延遲器。使用可變延遲器會允許容易微調相位偏移及/或將相位偏移有效地改變成大體上不同值以便施加複數個不同的相位偏移。可變延遲器可包含索累巴比內(Soleil Babinet)補償器，或勃克爾盒。可在奈秒時間標度上控制勃克爾盒。使用定位於第一分支61及/或第二分支62內之偏振相依光學元件131可藉由歸因於不需要移動部件而對對準有最小影響予以實施。

在X偏振輸入之特定實例中，順時針路徑X偏振輸出X _out及Y偏振輸出Y _out在傳遞通過偏振器120之後被給出如下(其中在方程式右側之貢獻按自右至左之次序係如下：輸入、光束分裂器48、目標結構、偏振相依光學元件131中之延遲器、偏振相依光學元件131中之雙衰減器、光束分裂器48、偏振器120)：

在傳遞通過偏振器120之後自逆時針路徑之輸出被給出如下(其中方程式右側之貢獻按自右至左之次序係如下：輸入、光束分裂器48、偏振相依光學元件131中之雙衰減器、偏振相依光學元件131中之延遲器、目標結構、光束分裂器48、偏振器120)：

由於重組輻射之干涉之強度被給出如下：

在上文所論述之實施例中，光束分裂器48已為非偏振光束分裂器。在一些實施例中此可為適當的，此係因為所關注不對稱性(例如歸因於疊對之不對稱性)通常為

與

之間或

與

之間的不對稱性(亦即，自光瞳平面場分佈中之相對位置-k與+k之反射之間的不對稱性，其涉及針對兩個反射自X至Y或自Y至X之偏振的相同改變)。用諸如圖6及圖7中所描繪之配置之配置中的偏振光束分裂器替換光束分裂器48通常將導致

對

或

對

之測量，歸因於互反性/時間反轉原因，其將對歸因於疊對之不對稱性不敏感。

然而，若與λ/2片122組合，則可使用偏振光束分裂器，如圖14中所描繪。圖14之光學單元40與圖13中所描繪之光學單元40相同，唯以下除外。已用偏振光束分裂器48A替換光束分裂器48。已在第一分支61中提供以45°定向之λ/2片122來代替偏振相依光學元件131(以45°定向之λ/2片122替代地可提供於第二分支62中，其中自第一分支61省略偏振相依光學元件131)。可變延遲器131A及另一λ/2片131B已提供於偏振光束分裂器48A下游的測量分支150中。

此實施例中之輸入輻射34相對於偏振光束分裂器48A具有45°之偏振。此可藉由偏振器或偏振器與成45°之λ/2片之組合來達成。偏振光束分裂器48A將透射50%的輸入輻射34且反射50%的輸入輻射34。在一實例中，透射X偏振輻射且反射Y偏振輻射。λ/2片122在此實例中致使Y偏振輻射將轉換成X偏振輻射，使得第一分支61及第二分支62兩者運用X偏振輻射照明目標結構。在與目標結構相互作用之後，含有關於不對稱性(例如歸因於疊對)之資訊的輻射之一部分將轉換成Y偏振輻射。在順時針方向上，此Y偏振輻射係由λ/2片122轉換成X偏振輻射，該X偏振輻射隨後通過偏振光束分裂器48A透射至輸出分支中。在逆時針方向上，來自目標結構之Y偏振輻射係由偏振光束分裂器48A反射且亦進入輸出分支。因此，已在目標處經歷偏振轉換之輻射沿著輸出分支朝向偵測系統傳播，而尚未轉換之輻射並不如此。

在緊接在偏振光束分裂器48A下游之測量分支150中，在由第一分支61及第二分支62形成之迴路中來自順時針傳播之輻射具有X偏振。來自逆時針傳播之輻射具有Y偏振。另一λ/2片131B以22.5°定向以將X偏振輻射轉換成-45°偏振且將Y偏振輻射轉換成+45°偏振。偏振器120 (或替代地另一偏振光束分裂器)經組態以將-45°及+45°偏振投影至X軸及/或Y軸上，使得可使來自順時針傳播之輻射干涉來自逆時針傳播之輻射。若偏振器120以+45°定向，則亦可省去λ/2片131B。

偏振光束分裂器48A之上述使用開拓了用於施加相位或振幅偏移之途徑之替代範圍。在所展示之實例中，可變延遲器131A定位於測量分支150中。來自順時針傳播之輻射在傳遞通過可變延遲器131A時具有與來自逆時針傳播之輻射正交的偏振，藉此允許在干涉之前將相位偏移施加至輻射。存在用於施加振幅偏移之若干選項。舉例而言，可使測量分支150中之λ/2片131B旋轉，從而引起輻射以不同於50/50之比率投影至X軸及/或Y軸上。可變延遲器131A及λ/2片131B因此提供與上文參看圖13所論述之偏振相依光學元件131等效的功能性。在其他實施例中，代替使λ/2片131B旋轉或除了使λ/2片131B旋轉以外，亦藉由使偏振器120旋轉來控制振幅偏移。替代地或另外，可在輸入輻射34到達偏振光束分裂器48A之前調節輸入輻射34之偏振，此將在自偏振光束分裂器48A之第一次反射時得到不同於50：50之分裂比率。輸入輻射34之偏振之調節可藉由使偏振光束分裂器48A上游的λ/2片161及/或偏振器162旋轉來達成。因此，不同偏移可由偏振光束分裂器48A與延遲器(例如λ/2片161)及偏振器162中之任一者或兩者之間的不同角度至少部分地定義。

在圖14之實例中，通過由第一分支61及第二分支62形成之迴路的順時針傳播被給出如下(其中方程式右側之貢獻按自右至左之次序係如下：輸入、偏振光束分裂器48A、目標結構、λ/2片122、偏振光束分裂器48A)：

逆時針傳播被給出如下(其中方程式右側之貢獻按自右至左之次序係如下：輸入、偏振光束分裂器48A、λ/2片122、目標結構、偏振光束分裂器48A)：

在測量分支150中，來自順時針傳播之輻射之輸出被給出如下(其中方程式右側之貢獻按自右至左之次序係如下：來自順時針貢獻之輸入、可變延遲器131A、λ/2片131B、偏振器120)：

在測量分支150中，來自逆時針傳播之輻射之輸出被給出如下(其中方程式右側之貢獻按自右至左之次序係如下：來自逆時針貢獻之輸入、可變延遲器131A、λ/2片131B、偏振器120)：

由於重組輻射之干涉之強度被給出如下：

因此，可藉由設定可變延遲器131A中之不同延遲量(其定義相位φ _x及φ _y)來施加不同的相位偏移。可藉由設定用於λ/2片131B之定向之不同值(其定義角度α)來施加不同的振幅偏移。

以上實施例亦展示了可藉由提供光束分裂器48A之不同分裂比率而至少部分地定義不同偏移。在以上實例中，不同分裂比率係藉由使入射至偏振光束分裂器48A上之輻射之偏振旋轉來達成。存在其他幾種可能性。舉例而言，可藉由移動梯度光束分裂器來施加變化之相位及振幅偏移。

圖15描繪用於基於上文參看圖9所論述之OPS系統之干涉原理施加相位及/或振幅偏移的替代途徑。與在圖9之實施例中一樣且與圖13及圖14之實例形成對比，在圖15之實施例中，完全在自目標結構反射輻射之後執行輻射之分裂及重組以干涉來自光瞳平面場分佈中之不同點之輻射。圖15之實施例相似於圖9之實施例，其例外之處在於：對應於圖9之第一光學分支81及第二光學分支82之馬赫-曾德耳干涉計功能性的功能性係藉由自參考干涉計153予以實施。因此，圖15之實施例可實施於如上文參看圖4至圖5所描述之度量衡裝置中，其例外之處在於：圖4之組態可並不包含用以移除光瞳場分佈之第一區之孔徑板13H，源11經組態以輸出空間相干輻射，圖5中之光學單元40係由單一光束分裂器組成，且圖15中所展示之組件被提供於圖5中所展示之透鏡18B之後。

自參考干涉計153包含複合稜鏡，其可被解釋為具有偏振光束分裂器之馬赫-曾德耳干涉計。在自參考干涉計153之一個臂中，使光瞳平面場分佈及偏振旋轉+90度。在另一臂中，使光瞳平面場分佈及偏振旋轉-90度。該旋轉係藉由多次反射來達成。自參考干涉計153之輸出包含光瞳平面場分佈之兩個疊置複本，其相對於彼此旋轉使得其係點對稱的。該兩個複本具有相對於彼此正交之偏振。

在圖15之實施例中，提供相對於到達光學系統40之輸入輻射34之偏振交叉的偏振器151。該偏振器因此移除相對於到達光學系統40之輸入輻射34共偏振的輻射。此可能適用於所關注參數為疊對之實例，此係因為預期關於疊對之資訊主要存在於相對於到達光學系統40之輸入輻射34交叉偏振的輻射中。對於其他所關注參數，資訊可存在於共偏振輻射中，且在此狀況下可省略偏振器151。λ/2片152定位於偏振器151之下游(在被提供的情況下)。在此實施例中，λ/2片152以22.5°定向以使傳遞通過該λ/2片152之輻射之偏振旋轉45°。輻射接著傳遞通過自參考干涉計153且經輸出至測量分支150。測量分支150包含可變延遲器131A。可變延遲器131A設定兩個正交偏振之間的相位差。此可用以補償自參考干涉計153中之非想要的路徑長度差，或如下文所描述施加多個不同的相位偏移。測量分支150進一步包含λ/2片131B，其經組態以使兩個複本之偏振旋轉45°(同時維持偏振之正交性)。來自λ/2片131B之輸出進入偏振光束分裂器157。偏振光束分裂器157將光瞳平面場分佈之兩個複本分解成兩個正交偏振分量，其中之一者被透射且另一者被反射。結果為使光瞳平面場分佈之該兩個複本干涉彼此。在兩個偵測器158及159中之任一者或兩者上測量該干涉(如上文參看圖9針對經相似組態之偵測器38A及38B所描述)。舉例而言，在偵測器158中，輻射可被破壞性地干涉使得僅不對稱性信號(來自自目標結構之不對稱組件之反射)繼續存在(忽略偏移之效應)。此致使偵測到之輻射強度之含有關於所關注參數(例如疊對)之資訊的分量相對於其他分量得以增強。在偵測器158中，輻射可被建設性地干涉。此允許偵測器158偵測輻射強度，其中含有關於所關注參數(例如疊對)之資訊的分量相對於其他分量得以抑制。偵測器158因此可用以測量例如光瞳之對稱部分。因此，可僅使用兩個偵測器158、159中之一者來獲得關於所關注參數(例如疊對)之資訊，因此，並不必需提供偵測器158、159兩者。

圖15之配置可用以施加振幅偏移。在一實施例中，使λ/2 片131B可旋轉。使λ/2片131B遠離標稱22.5°角度旋轉會造成偏振光束分裂器157之分裂比率偏離50/50，此相對於另一光瞳平面場分佈將振幅偏移施加至光瞳平面場分佈之一個複本，且藉此來自光瞳平面場分佈之點之干涉對之輻射之間的振幅偏移藉由偵測器158、159中之一者偵測。替代地或另外，可使λ/2片152旋轉以改變自參考干涉計153中之偏振光束分裂器處之分裂比率。自參考干涉計153中之偏振光束分裂器處之分裂比率的改變亦將施加振幅偏移。

圖15之配置可用以施加相位偏移。在一實施例中，可變延遲器131A用以設定光瞳平面場分佈之在傳遞通過可變延遲器131A時相對於彼此正交偏振的兩個複本之間的相位差。可變延遲器131A及λ/2片131B因此提供與圖14之可變延遲器131A及λ/2片131B及圖13之偏振相依光學元件131等效的功能性。

在圖15之實施例中，元件131A為固定延遲器片，其中一半光瞳在0°下得到λ/4延遲且另一半不具有延遲。另外在圖15之此實施例中，偏振元件157為渥拉斯頓(Wollaston)稜鏡。圖15之此實施例促進在單一測量步驟中測量所關注參數，該單一測量步驟包含混合光瞳之4個代表光瞳。

在圖15之另一實施例中，將自參考干涉計與渥拉斯頓稜鏡組合使用。在圖15之此實施例中，僅需要2個代表性光瞳以便計算所關注參數。

上文已參看圖13至圖15論述了用於施加相位及/或振幅偏移之各種配置。可在不同時間藉由改變諸如圖14及圖15之可變延遲器131A及/或λ/2片131B或圖13之偏振相依光學元件131的元件之設定從而施加多個不同的相位及/或振幅偏移。圖16及圖17描繪允許並行地達成在多個不同振幅及/或相位偏移下之測量的實例實施。

圖16描繪偵測系統102，其經組態以在多個不同振幅及/或相位偏移下使用圖14中所描繪之類型之組態並行地進行測量，其例外之處在於：由測量分支150中之可變延遲器131A、λ/2片131B及偏振器120提供之功能性分別被提供於複數個測量分支150A至150D中。提供四個光束分裂器142A至142D以用於在四個不同測量分支150A至150D之間同時分配自偏振光束分裂器48A輸出之輻射(箭頭100)。在每一測量分支150A至150D內，提供可變延遲器131AA至131AD及λ/2片131BA至131BD以執行圖14之可變延遲器131A及λ/2片131B之功能性。在此實施例中，每一測量分支150A至150D中之可變延遲器131AA至131AD及λ/2片131BA至131BD經調節以提供相對於其他測量分支150A至150D中之每一者不同的振幅及/或相位偏移，而非在不同時刻經不同地調節以提供複數個不同振幅及/或相位偏移。圖14之偏振器120之功能性在此實施例中係由每一測量分支150A至150D中之偏振光束分裂器145A至145D提供。來自每一測量分支150A至150D中之偏振光束分裂器145A至145D之輸出係由至少一個偵測器146A至146D、147A至147D偵測，該至少一個偵測器偵測對應於來自光瞳平面場分佈中之不同點之輻射之間的干涉，其中施加針對每一測量分支150A至150D係不同的特定振幅及/或相位偏移。

圖17描繪偵測系統102，其經組態以在多個不同振幅及/或相位偏移下使用圖15中所描繪之類型之組態並行地進行測量，其例外之處在於：由測量分支150中之可變延遲器131A、λ/2片131B、偏振光束分裂器157以及偵測器158及159提供之功能性分別被提供於複數個測量分支 150A至150D中。提供四個光束分裂器142A至142D以用於在四個不同測量分支150A至150D之間同時分配自自參考干涉計153輸出之輻射。在每一測量分支150A至150D內，提供可變延遲器131AA至131AD及λ/2片131BA至131BD以執行圖15之可變延遲器131A及λ/2片131B之功能性。在此實施例中，每一測量分支150A至150D中之可變延遲器131AA至131AD及λ/2片131BA至131BD經調節以提供相對於其他測量分支150A至150D中之每一者不同的振幅及/或相位偏移，而非在不同時刻經不同地調節以提供複數個不同振幅及/或相位偏移。來自每一測量分支150A至150D中之偏振光束分裂器157A至157D之輸出係由至少一個偵測器158A至158D、159A至159D偵測，該至少一個偵測器偵測對應於來自光瞳平面場分佈中之不同點之輻射之間的干涉，其中施加針對每一測量分支150A至150D不同的特定振幅及/或相位偏移。

以上實施例可尤其有用地經應用以測量包含分層結構之目標結構中之不對稱性，該分層結構在第一層中具有第一組件且在第二層中具有第二組件，在該狀況下，其中第一層與第二層之間的分離度大於λ/20，其中λ為輸入輻射光束之波長。舉例而言，此可為如下狀況：在微影顯影步驟之後但在後續蝕刻步驟之前將該方法應用至目標結構。對不對稱性之增加之敏感度意謂可針對高解析度結構測量不對稱性(例如第一組件與第二組件之間的疊對)，即使在諸如如下此等高解析度結構之狀況下：其中對零階反射之貢獻被預期為極小(歸因於層之間的大分離度)。另外或替代地，可顯著減少測量時間。

本文中所揭示之概念可發現出於監控之目的對結構之微影後測量之外的效用。舉例而言，此偵測器架構可用於基於光瞳平面偵測之未來對準感測器概念中，用於微影裝置中以在圖案化程序期間對準基板。

上文所描述之目標結構可為出於測量之目的而經特定設計及形成的度量衡目標。然而，測量高解析度目標之能力意謂實施例亦可經應用至為形成於基板上之器件之功能性部分的目標。許多器件具有規則的類光柵結構。如本文中所使用之術語「目標光柵」及「目標」並不需要已特定針對正被執行之測量來提供結構。

度量衡裝置可在微影系統中使用，諸如上文參看圖2所論述之微影製造單元LC。微影系統包含執行微影程序之微影裝置LA。微影裝置可經組態以在執行隨後微影程序時使用由度量衡裝置進行的對藉由微影程序形成之結構之測量之結果，例如以改良後續微影程序。

一實施例可包括含有機器可讀指令之一或多個序列之電腦程式，該等機器可讀指令描述測量基板上之目標及/或分析測量以獲得關於微影程序之資訊的方法。亦可提供資料儲存媒體(例如半導體記憶體、磁碟或光碟)，其中儲存有此電腦程式。在現有微影或度量衡裝置已經在生產中及/或在使用中之情況下，本發明可藉由提供經更新電腦程式產品以致使處理器執行本文中所描述之方法來實施。

儘管在本文中可特定地參考微影裝置在IC製造中之使用，但應理解，本文中所描述之微影裝置可具有其他應用，諸如製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭，等。熟習此項技術者應瞭解，在此等替代應用之內容背景中，可認為本文對術語「晶圓」或「晶粒」之任何使用分別與更一般之術語「基板」或「目標部分」同義。可在曝光之前或之後在(例如)塗佈顯影系統(通常將抗蝕劑層施加至基板且顯影經曝光抗蝕劑之工具)、度量衡工具及/或檢測工具中處理本文中所提及之基板。適用時，可將本文中之揭示內容應用於此類及其他基板處理工具。另外，可將基板處理多於一次，例如以便產生多層IC，使得本文中所使用之術語基板亦可指已經含有多個經處理層之基板。

儘管上文可特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例之使用，但應瞭解，本發明可用於其他應用(例如壓印微影)中，且在內容背景允許之情況下不限於光學微影。在壓印微影中，圖案化器件中之構形界定產生於基板上之圖案。可將圖案化器件之構形壓入被供應至基板之抗蝕劑層中，在基板上，抗蝕劑係藉由施加電磁輻射、熱、壓力或其組合而固化。在抗蝕劑固化之後，將圖案化器件移出抗蝕劑，從而在其中留下圖案。

在以下編號條項中進一步描述根據本發明之另外實施例：

1.一種用於測量形成於一基板上之一結構以判定一所關注參數之度量衡裝置，該度量衡裝置包含：一光學系統，其經組態以將輻射聚焦至該結構上且將來自該結構之反射輻射導向至一偵測系統，其中：該光學系統經組態以將一光學特性之複數個不同偏移施加至自該結構反射之前及/或之後的輻射，使得相對於導出自一光瞳平面場分佈之一第二點之反射輻射，將對應複數個不同偏移提供至導出自該光瞳平面場分佈之一第一點的反射輻射；且該偵測系統經組態以偵測由導出自該光瞳平面場分佈之該第一點之該反射輻射與導出自該光瞳平面場分佈之該第二點之該反射輻射之間的干涉引起的對應複數個輻射強度，其中每一輻射強度對應於該複數個不同偏移中之一不同偏移。

2.如條項1之裝置，其中該干涉係使得該偵測到之輻射強度之含有關於該所關注參數之資訊的一分量相對於該偵測到之輻射強度之一個或多個其他分量得以增強。

3.如條項1或2之裝置，其中該等不同偏移包含一不同振幅偏移或一不同相位偏移中之任一者或兩者。

4.如條項1至3中任一項之裝置，其中該等不同偏移包含在一第一指向上之至少一個偏移，及在與該第一指向相對的一第二指向上之至少一個偏移。

5.如任一前述條項之裝置，其中：由一偏振相依光學元件至少部分地定義該等不同偏移，該偏振相依光學元件經組態以取決於傳遞通過該偏振相依光學元件之輻射之偏振而修改該輻射之一振幅或相位；且該光學系統經組態以使得來自或形成該光瞳平面場分佈之該第一點的輻射以與來自或形成該光瞳平面場分佈之該第二點的輻射不同的一偏振傳遞通過該偏振相依光學元件。

6.如條項5之裝置，其中該偏振相依光學元件包含一延遲器。

7.如條項6之裝置，其中該延遲器係一可變延遲器。

8.如條項5至7中任一項之裝置，其中該偏振相依光學元件包含一雙衰減器。

9.如條項8之裝置，其中該雙衰減器係一可變雙衰減器。

10.如任一前述條項之裝置，其中該光學系統包含一偏振光束分裂器，且由該偏振光束分裂器與一延遲器及偏振器中之任一者或兩者之間的不同的相對角度至少部分地定義該等不同偏移。

11.如任一前述條項之裝置，其中該等不同偏移係由一光束分裂器之不同分裂比率至少部分地定義。

12.如任一前述條項之裝置，其中該光學系統經組態以致使該偵測系統偵測由來自該光瞳平面場分佈中之第一點與第二點之複數個不同對之反射輻射之間的干涉引起的輻射強度之集合，輻射強度之每一集合包含針對該複數個不同偏移中之每一者之一輻射強度。

13.如條項12之裝置，其中點之每一對圍繞同一鏡面對稱線相對於彼此鏡面對稱地定位，或圍繞同一對稱點相對於彼此點對稱地定位。

14.如任一前述條項之裝置，其中該光學系統經組態以將一輻射光束分裂成複數個輻射光束且稍後重組該複數個輻射光束，以便造成來自該光瞳平面場分佈中之該第一點與該第二點之該等反射輻射之間的該干涉。

15.如條項14之裝置，其中：該輻射光束之該分裂成該複數個輻射光束會產生一第一光瞳平面場分佈之多個複本；且該光學系統使用該第一光瞳場分佈之該等多個複本而形成一第二光瞳平面場分佈。

16.如條項15之裝置，其中該第一光瞳平面場分佈之該等多個複本相對於彼此旋轉或翻轉以形成該第二光瞳平面場分佈。

17.如任一前述條項之裝置，其中該光學系統包含一光束分裂器，該光束分裂器經組態以將一輻射光束分裂成一第一輻射光束及一第二輻射光束，且該光學系統經組態使得：該第一輻射光束與該第二輻射光束圍繞包含一第一分支及一第二分支之一共同光學路徑在相對方向上傳播，該第一輻射光束沿著該第一分支自該光束分裂器傳播至該基板且沿著該第二分支自該基板傳播回至該光束分裂器，且該第二輻射光束沿著該第二分支自該光束分裂器傳播至該基板且沿著該第一分支自該基板傳播回至該光束分裂器。

18.如條項17之裝置，其中該光學系統經組態以執行在該第一分支或該第二分支中傳播的輻射之該光瞳平面場分佈之至少一次翻轉或旋轉，使得來自該第一輻射光束之影像及來自該第二輻射光束之影像係分別由具有相對於彼此鏡面對稱或點對稱的光瞳平面場分佈之輻射而形成。

19.如條項17或18之裝置，其經組態使得輸入至該光束分裂器之該輻射光束包含一光瞳平面場分佈，其中該光瞳平面場分佈之一第一區已被移除從而僅留下該光瞳平面場分佈之一第二區。

20.如條項19之裝置，其中該第一區與該第二區為相對定向之半圓。

21.如任一前述條項之裝置，其中對應於該複數個不同偏移的該複數個輻射強度中之至少兩者在不同測量分支中被同時測量。

22.如任一前述條項之裝置，其中對應於該複數個不同偏移的該複數個輻射強度中之至少兩者在同一測量分支中在不同時間被測量。

23.如任一前述條項之裝置，其中該關注參數包含疊對。

24.一種微影系統，其包含：一微影裝置，其經組態以執行一微影程序；及如任一前述條項之度量衡裝置。

25.一種測量形成於一基板上之一結構以判定一所關注參數之方法，該方法包含：將輻射聚焦至該結構上且使用一偵測系統以偵測來自該結構之反射輻射，其中：將一光學特性之複數個不同偏移施加至自該結構反射之前及/或之後的輻射，使得相對於導出自一光瞳平面場分佈之一第二點之反射輻射，將對應複數個不同偏移提供至導出自該光瞳平面場分佈之一第一點的反射輻射；且該偵測系統偵測由導出自該光瞳平面場分佈之該第一點之該反射輻射與導出自該光瞳平面場分佈之該第二點之該反射輻射之間的干涉引起的對應複數個輻射強度，其中每一輻射強度對應於該複數個不同偏移中之一不同偏移。

26.如條項25之方法，其中同時測量對應於該複數個不同偏移的該複數個輻射強度中之至少兩者。

27.如條項25或26之方法，其中在不同時間測量對應於該複數個不同偏移的該複數個輻射強度中之至少兩者。

28.如條項27之方法，其中使用一可變延遲器及一可變雙衰減器中之任一者或兩者以在不同時間進行之該等測量之間，相對於來自該第二點之該反射輻射改變施加至來自該第一點之該反射輻射的一偏移。

29.如條項25至28中任一項之方法，其中在一微影顯影步驟之後但在一後續蝕刻步驟之前將該方法應用至一結構。

30.如條項25至29中任一項之方法，其中該所關注參數包含該結構之一不對稱性。

31.如條項25至30中任一項之方法，其中該所關注參數包含疊對。

32.如條項25至31中任一項之方法，其中該等偵測到之輻射強度係由來自該結構之零階反射引起。

本文中所使用之術語「輻射」及「光束」涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射(例如具有為或約為365奈米、355奈米、248奈米、193奈米、157奈米或126奈米之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如具有在5奈米至20奈米之範圍內之波長)，以及粒子束，諸如離子束或電子束。

術語「透鏡」在內容背景允許的情況下可指各種類型之光學組件中之任一者或其組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。

對特定實施例之前述描述將因此充分地揭露本發明之一般性質：在不脫離本發明之一般概念的情況下，其他人可藉由應用熟習此項技術者所瞭解之知識針對各種應用而容易地修改及/或調適此等特定實施例，而無需進行不當實驗。因此，基於本文中所呈現之教示及指導，此等調適及修改意欲在所揭示之實施例之等效者的涵義及範圍內。應理解，本文之措辭或術語係出於描述而非限制之目的，使得本說明書之術語或措辭待由熟習此項技術者按照該等教示及指導進行解譯。

本發明之廣度及範疇不應受上述例示性實施例中之任一者限制，而應僅根據以下申請專利範圍及其等效者進行界定。

111‧‧‧曲線

112‧‧‧曲線

113‧‧‧曲線

I‧‧‧強度

θ‧‧‧相位偏置

Claims

一種用於測量形成於一基板上之一結構以判定一所關注參數之度量衡裝置，該度量衡裝置包含：一光學系統，其經組態以將輻射聚焦至該結構上且將來自該結構之反射輻射導向至一偵測系統，其中：該光學系統經組態以將一光學特性之複數個不同偏移施加至自該結構反射之前及/或之後的輻射，使得相對於導出自一光瞳平面場分佈之一第二點之反射輻射，將對應複數個不同偏移提供至導出自該光瞳平面場分佈之一第一點的反射輻射；且該偵測系統經組態以偵測由導出自該光瞳平面場分佈之該第一點之該反射輻射與導出自該光瞳平面場分佈之該第二點之該反射輻射之間的干涉引起的對應複數個輻射強度，其中每一輻射強度對應於該複數個不同偏移中之一不同偏移。
如請求項1之裝置，其中該干涉係使得該偵測到之輻射強度之含有關於該所關注參數之資訊的一分量相對於該偵測到之輻射強度之一個或多個其他分量得以增強。
如請求項1或2之裝置，其中該等不同偏移包含一不同振幅偏移或一不同相位偏移中之任一者或兩者。
如請求項1或2之裝置，其中該等不同偏移包含在一第一指向上之至少一個偏移，及在與該第一指向相對的一第二指向上之至少一個偏移。
如請求項1或2之裝置，其中：由一偏振相依光學元件至少部分地定義該等不同偏移，該偏振相依光學元件經組態以取決於傳遞通過該偏振相依光學元件之輻射之偏振而修改該輻射之一振幅或相位；且該光學系統經組態以使得來自或形成該光瞳平面場分佈之該第一點的輻射以與來自或形成該光瞳平面場分佈之該第二點的輻射不同的一偏振傳遞通過該偏振相依光學元件。
如請求項1或2之裝置，其中該光學系統包含一偏振光束分裂器，且由該偏振光束分裂器與一延遲器及偏振器中之任一者或兩者之間的不同的相對角度至少部分地定義該等不同偏移。
如請求項1或2之裝置，其中由一光束分裂器之不同分裂比率至少部分地定義該等不同偏移。
如請求項1或2之裝置，其中該光學系統經組態以致使該偵測系統偵測由來自該光瞳平面場分佈中之第一點與第二點之複數個不同對之反射輻射之間的干涉引起的輻射強度之集合，輻射強度之每一集合包含針對該複數個不同偏移中之每一者之一輻射強度。
如請求項1或2之裝置，其中該光學系統經組態以將一輻射光束分裂成複數個輻射光束且稍後重組該複數個輻射光束，以便造成來自該光瞳平面場分佈中之該第一點與該第二點之該等反射輻射之間的該干涉。
如請求項1或2之裝置，其中該光學系統包含一光束分裂器，該光束分裂器經組態以將一輻射光束分裂成一第一輻射光束及一第二輻射光束，且該光學系統經組態使得：該第一輻射光束與該第二輻射光束圍繞包含一第一分支及一第二分支之一共同光學路徑在相對方向上傳播，該第一輻射光束沿著該第一分支自該光束分裂器傳播至該基板且沿著該第二分支自該基板傳播回至該光束分裂器，且該第二輻射光束沿著該第二分支自該光束分裂器傳播至該基板且沿著該第一分支自該基板傳播回至該光束分裂器。
如請求項1或2之裝置，其中對應於該複數個不同偏移的該複數個輻射強度中之至少兩者在不同測量分支中被同時測量。
如請求項1或2之裝置，其中對應於該複數個不同偏移的該複數個輻射強度中之至少兩者在同一測量分支中在不同時間被測量。
如請求項1或2之裝置，其中該關注參數包含疊對。
一種微影系統，其包含：一微影裝置，其經組態以執行一微影程序；及如請求項1至13中任一項之度量衡裝置。
一種測量形成於一基板上之一結構以判定一所關注參數之方法，該方法包含：將輻射聚焦至該結構上且使用一偵測系統以偵測來自該結構之反射輻射，其中：將一光學特性之複數個不同偏移施加至自該結構反射之前及/或之後的輻射，使得相對於導出自一光瞳平面場分佈之一第二點之反射輻射，將對應複數個不同偏移提供至導出自該光瞳平面場分佈之一第一點的反射輻射；且該偵測系統偵測由導出自該光瞳平面場分佈之該第一點之該反射輻射與導出自該光瞳平面場分佈之該第二點之該反射輻射之間的干涉引起的對應複數個輻射強度，其中每一輻射強度對應於該複數個不同偏移中之一不同偏移。