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CN119032326A - 照射模式选择器和相关联的光学量测工具 - Google Patents

照射模式选择器和相关联的光学量测工具 Download PDF

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CN119032326A CN202380037247.8A CN202380037247A CN119032326A CN 119032326 A CN119032326 A CN 119032326A CN 202380037247 A CN202380037247 A CN 202380037247A CN 119032326 A CN119032326 A CN 119032326A
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B·O·夫艾格金格奥尔
S·T·德兹沃特
A·K·Y·恩盖
刘雪文
J·A·G·阿克曼斯
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ASML Holding NV
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Abstract

公开了一种照射模式选择器以及相关联的光学量测工具，该照射模式选择器用于光学量测工具的照射分支中。该照射模式选择器包括多个照射孔；和至少一个偏振改变光学元件。照射孔中的每个和至少一个偏振改变光学元件中的每个都可单独地切换到光学量测工具的照射路径中。

Description

照射模式选择器和相关联的光学量测工具
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年5月3日提交的EP申请22171293.8和2022年5月9日提交的EP申请22172390.1的优先权，这些申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及被执行用于在通过图案化过程（诸如光刻）的器件制造中保持性能的量测方法。本发明还涉及使用光刻技术制造器件的方法。本发明还涉及用于实现这些方法的计算机程序产品。特别地，本发明涉及一种用于量测工具的照射模式选择器。
背景技术
光刻设备是一种被构造为将期望图案施加到衬底上的机器。光刻设备可以用于例如集成电路（IC）的制造中。光刻设备可以例如在图案形成装置（例如，掩模）处将图案（通常也称为“设计布局”或“设计”）投影到设置在衬底（例如，晶片）上的辐射敏感材料（抗蚀剂）的层上。
为了将图案投影到衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长决定了可以在衬底上形成的特征的最小尺寸。当前使用的典型波长是365nm（i线）、248nm、193nm和13.5nm。与使用例如波长为193nm的辐射的光刻设备相比，使用波长在4nm至20nm的范围内（例如，6.7nm或13.5nm）的极紫外（EUV）辐射的光刻设备可以用于在衬底上形成更小的特征。
低k1光刻可以用于处理尺寸小于光刻设备的经典分辨率极限的特征。在这样的过程中，分辨率公式可以表示为CD=k1×λ/NA，其中λ是所采用的辐射波长，NA是光刻设备中的投影光学器件的数值孔径，CD是“临界尺寸”（通常印制的最小特征尺寸，但在这种情况下为半节距），k1是经验分辨率因子。通常，k1越小，就越难以在衬底上复制与电路设计者为实现特定电气功能和性能而计划的形状和尺寸类似的图案。
为了克服这些困难，可以将复杂的微调步骤应用于光刻投影设备和/或设计布局。这些微调步骤包括例如但不限于NA的优化、定制的照射方案、相移图案形成装置的使用、设计布局的各种优化（诸如设计布局中的光学邻近校正（OPC，有时也称为“光学过程校正”））、或通常定义为“分辨率增强技术”（RET）的其它方法。替代地，可以使用用于控制光刻设备的稳定性的严格控制回路来改善低k1下的图案的再现。
这种控制回路和/或光刻设备监测依赖于准确的量测。可以使用各种量测操作来测量设计的特征。如果在不同的量测系统（更具体地，各个量测系统类型或模型的不同物理实例或量测单元）上进行测量，则来自一个系统上的量测操作的数据可能与来自不同系统上的相同量测操作的数据不匹配。已经描述了一种匹配方法，该匹配方法提供了通过穷尽使用可用的系统校准数据来改善系统之间的匹配的通用框架。然而，一些现有的量测工具没有足够的测量配置来正确利用这种匹配方法。期望在这种量测工具中提供更多的测量配置。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种照射模式选择器，所述照射模式选择器用于光学量测工具的照射分支中，所述照射模式选择器包括：多个照射孔；和至少一个偏振改变光学元件；其中所述照射孔中的每个和所述至少一个偏振改变光学元件中的每个都能够单独地切换到所述光学量测工具的照射路径中。
根据本发明的第二方面，提供了一种光学量测工具，包括：照射分支，所述照射分支用于将照射引导到样品，所述照射分支包括具有水平偏振轴的照射偏振分束器；检测分支，所述检测分支用于检测被所述样品反射和/或散射的所述照射；和以下中的一个或两者：所述照射分支中的照射模式选择器和所述检测模式分支中的检测模式选择器；其中所述照射模式选择器包括：多个照射孔；和至少一个偏振改变光学元件；其中所述照射孔中的每个和所述至少一个偏振改变光学元件中的每个都能够单独地切换到所述光学量测工具的照射路径中；以及其中所述检测模式选择器包括：至少一个检测孔；和至少一个检测偏振改变光学元件；其中每个至少一个检测孔中和所述至少一个偏振改变光学元件中的每个都能够单独地切换到所述检测分支中，所述检测分支包括具有水平偏振轴的检测偏振分束器。
根据本发明的第三方面，提供了一种确定映射强度度量的方法，所述方法包括：在多个不同的测量配置中配置根据第二方面的光学量测工具，所述多个不同的测量配置包括通过将所述至少一个偏振改变光学元件中的每个分别切换到根据第二方面的光学量测工具的照射路径中而获得的一个或多个测量配置；从多个可观察量构建虚拟系统矩阵，每个可观察量对应于所述多个测量配置中的相应测量配置，所述多个可观察量的数目为至少9个。
附图说明
并入说明书并构成说明书的一部分的附图示出了一个或多个实施例，并与说明书一起解释了这些实施例。现在将仅通过示例的方式参考所附的示意图描述本发明的实施例，其中相应的附图标记表示相应的部分，并且其中：
图1描绘了根据实施例的光刻设备的示意概述图。
图2描绘了根据实施例的光刻单元的示意概述图。
图3描绘了根据实施例的整体光刻的示意表示图，其表示用于优化半导体制造的三种技术之间的协作。
图4是散射测量设备的示意图；
图5包括（a）使用第一对照射孔用于测量根据本发明实施例的目标的暗场散射仪的示意图，（b）对于给定照射方向目标光栅的衍射光谱的细节；
图6示出了根据实施例的用于确定映射强度度量的方法的操作概述。
图7示出了根据实施例的将来自两个制造系统的强度度量映射到参考系统，使得可以比较来自制造系统的强度度量。
图8示出了根据实施例的基于变换矩阵的映射（例如，确定映射强度度量）。
图9示出了根据实施例的直接从光瞳上的不同点映射各个强度，以及从光瞳上的互易（reciprocal）点映射相应的强度。
图10是根据实施例的照射模式选择器的示意图。
具体实施方式
各种量测操作可以用于测量设计的特征。如果在不同的量测系统上进行测量，则来自对一个系统的量测操作的数据可能与来自对不同系统的相同量测操作的数据不匹配。例如，在集成电路的上下文中，在不同重叠测量系统上测量的所测量的重叠值之间的匹配往往不符合规范。用于确保来自不同量测系统的数据具有可比性的当前方法使用了琼斯框架（Jones Framework）。琼斯框架是一种基于光线的框架，其解释了用于进行测量的系统（例如，基于光/光瞳的量测系统）随使用的光的偏振态。然而，这种当前方法忽略了光在行进穿过量测系统时的任何相移，因此无法捕捉到系统之间的相位相关差异。然而，相位效应是系统与系统之间匹配问题的主要来源。例如，给定系统的客观延迟（也称为α（阿尔法）图）和相位诱导的通道泄漏被认为是系统与系统之间匹配问题的原因。
有利地，本（多个）方法和（多个）系统被配置为提供通用框架，以通过祥尽使用可用的系统校准数据来改善系统之间的匹配。设定这些校准数据以输入密度矩阵和输出密度矩阵（例如，ρin和Mout）的形式存在。在本（多个）方法和（多个）系统中，对制造系统（例如，继续上述示例的被配置为测量重叠的基于光/光瞳的系统）确定强度度量（例如，在一些实施例中，强度度量可以是和/或包括强度图像（与光瞳相关联）、强度图、强度值的集合、和/或其他强度度量）。强度度量是基于衬底（例如，晶片和/或其他衬底）上的位置的反射率、制造系统特性、和/或其它信息来确定。确定参考系统的映射强度度量。参考系统具有参考系统特性。映射强度度量是基于强度度量、制造系统特性和参考系统特性来确定，以通过使用参考系统来模拟对制造系统的强度度量的确定。以这种方式，可以将来自任何数量的制造系统的任何数量的强度度量映射到该参考系统，以便于比较来自不同制造系统的数据。
尽管在上下文中具体参考的是IC的制造和/或与IC的制造相关的量测，但本文的描述还有许多其他可能的应用。例如，本文可以用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示面板、薄膜磁头等。在这些替代应用中，本领域技术人员将理解，在这种替代应用的背景下，本文中对术语“掩模版”、“晶片”或“管芯”的任何使用都应被视为能够分别与更上位的术语“掩模”、“衬底”和“目标部分”互换。此外，应注意的是，本文所述的方法可以在不同领域具有许多其他可能的应用，诸如语言处理系统、自动驾驶汽车、医学成像和诊断、语义分割、去噪、芯片设计、电子设计自动化等。本方法可以应用于对机器学习模型预测中的不确定性进行量化是有利的任何领域。
在本文档中，术语“辐射”和“束”用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外线辐射（例如，具有为365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长）和EUV（极紫外线辐射，例如，具有在约5nm 至100nm的范围内的波长）。
图案形成装置可以包括或可以形成一个或多个设计布局。设计布局可以利用CAD（计算机辅助设计）程序生成。这个过程通常被称为EDA（电子设计自动化）。大多数CAD程序遵循一组预定设计规则，以创建功能设计布局/图案形成装置。这些规则是基于处理和设计限制来设置的。例如，设计规则限定了器件（诸如，栅极、电容器等）或互连线之间的空间容差，以确保器件或线不会以不期望的方式相互作用。可以将一个或多个设计规则限制称为“临界尺寸”（CD）。可以将器件的临界尺寸定义为线或孔的最小宽度，或两条线或两个孔之间的最小间距。因此，CD调节了所设计的器件的整体尺寸和密度。器件制造的目标之一是（通过图案形成装置）在衬底上忠实地再现原始设计意图。
本文中使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以被广义地解释为是指通用图案形成装置，该通用图案形成装置可用于向入射的辐射束赋予与将在衬底的目标部分中产生的图案相对应的图案化横截面。在该上下文中也可以使用术语“光阀”。除了经典掩模（透射或反射掩模；二元掩模、相移掩模、混合式掩模等），其它这种图案形成装置的示例包括可编程反射镜阵列。
作为简要介绍，图1示意性地描绘了光刻设备LA。光刻设备LA包括：照射系统（也称为照射器）IL，所述照射系统被配置为调节辐射束B（例如，UV辐射、DUV辐射或EUV辐射）；掩模支撑件（例如，掩模台）T，所述掩模支撑件被构造为支撑图案形成装置（例如，掩模）MA并且连接到第一定位器PM，第一定位器PM被配置为根据特定参数准确地定位图案形成装置MA；衬底支撑件（例如，晶片台）WT，所述衬底支撑件被配置为保持衬底（例如，涂覆有抗蚀剂的晶片）W并且联接到第二定位器PW，第二定位器PW被配置为根据特定参数准确地定位衬底支撑件；以及投影系统（例如，折射投影透镜系统）PS，所述投影系统被配置为将通过图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C（例如，包括一个或多个管芯）上。
在操作中，照射系统IL例如经由束传输系统BD接收来自辐射源SO的辐射束。照射系统IL可以包括用于引导、整形和/或控制辐射的各种类型的光学部件，诸如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型和/或其它类型的光学部件、或其任何组合。照射器IL可以用于调节辐射束B以使其在图案形成装置MA的平面处在其横截面中具有期望的空间和角度强度分布。
本文中使用的术语“投影系统”PS应当被广义地解释为涵盖包括以下的各种类型的投影系统：折射型、反射型、反射折射型、变形型、磁性型、电磁型和/或静电型、或者其任何组合，该投影系统适用于所使用的曝光辐射和/或其它因素（诸如浸没液体的使用或真空的使用）。本文中对术语“投影透镜”的任何使用可被认为与更通用的术语“投影系统”PS同义。
光刻设备LA可以是如下这样的类型：其中，衬底的至少一部分可以被具有相对较高折射率的液体（例如，水）重叠，以填充投影系统PS和衬底W之间的空间——这也称为浸没式光刻。关于浸没技术的更多信息在通过引用并且入本文的US6952253中给出。
光刻设备LA也可以是具有两个（也称为“双台”）或更多个衬底支撑件WT的类型。在这种“多台”机器中，可以并行使用衬底支撑件WT，和/或可以在位于衬底支撑件WT中的一个上的衬底W上执行对衬底W的后续曝光的准备的步骤的同时，另一衬底支撑件WT上的另一衬底W被用于在另一衬底W上曝光图案。
除了衬底支撑件WT之外，光刻设备LA可以包括测量台。测量台被布置成保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置为测量投影系统PS的性质或辐射束B的性质。测量台可以保持多个传感器。清洁装置可以被布置为清洁光刻设备的一部分，例如投影系统PS的一部分或提供浸没液体的系统的一部分。当衬底支撑件WT远离投影系统PS时，测量台可以在投影系统PS下方移动。
在操作中，辐射束B入射到被保持在掩模支撑件MT上的图案形成装置MA（例如，掩模）上，并且由存在于图案形成装置MA上的图案（设计布局）图案化。在已经通过掩模MA之后，辐射束B穿过投影系统PS，投影系统PS将束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置测量系统IF，可以准确地移动衬底支撑件WT，例如，以便在辐射束B的路径中将不同的目标部分C定位在聚焦和对准位置处。类似地，第一定位器PM和可能地另一位置传感器（另一位置传感器未在图1中明确地示出）可以用于相对于辐射束B的路径而准确地定位图案形成装置MA。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记P1、P2占据了专用目标部分，但是所示的衬底对准标记P1、P2可以位于目标部分之间的空间中。当衬底对准标记P1、P2位于目标部分C之间时，衬底对准标记P1、P2被称为划线对准标记。
图2描绘了光刻单元LC的示意性概述。如图2所示，光刻设备LA可以形成光刻单元LC的一部分，光刻单元LC有时也称为光刻元或（光刻）簇，光刻单元LC通常还包括用于在衬底W上执行预曝光和后曝光工艺的设备。通常，这些设备包括被配置为沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于显影被曝光抗蚀剂的显影剂DE、例如用于调整衬底W的温度、例如用于调整抗蚀剂层中的溶剂的激冷板CH和烘烤板BK。衬底输送装置（或机器手）RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底W，在不同的处理设备之间移动衬底W，并且将衬底W输送到光刻设备LA的装载台LB。光刻单元中的通常也统称为轨道或涂覆显影系统的装置通常受轨道或涂覆显影系统控制单元TCU的控制，轨道或涂覆显影系统控制单元TCU本身可以由管理控制系统SCS控制，管理控制系统SCS也可以例如经由光刻控制单元LACU控制光刻设备LA。
为了正确地且一致地曝光由光刻设备LA曝光衬底W（图1），期望检查衬底以测量图案化结构的性质，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸（CD）等。为此，光刻单元LC中可以包括检查工具（未示出）。如果检测到错误，尤其是如果在依然曝光或处理相同批次或相同批的其它衬底W之前进行检查的情况下，则例如可以对后续衬底的曝光和/或待在衬底W上执行的其它处理步骤进行调整。
也可以称为量测设备的检查设备用于确定衬底W（图1）的性质，并且特别是确定不同衬底W的性质如何变化或者与相同衬底W的不同层相关联的性质如何在层与层之间变化。替代地，检查设备可以被构造为识别衬底W上的缺陷，并且可以例如是光刻单元LC的一部分，或者可以被集成到光刻设备LA中，或者甚至可以是独立装置。检查设备可以测量潜像（在曝光之后在抗蚀剂层中的图像）、或半潜像（在曝光后烘烤步骤PEB之后在抗蚀剂层中的图像）、或显影抗蚀剂图像（其中已经移除抗蚀剂的已曝光部分或未曝光部分）、或甚至蚀刻图像（在诸如蚀刻等图案转移步骤之后）上的性质。
图3描绘了整体光刻的示意表示图，所述示意表示图表示用于优化半导体制造的三种技术之间的协作。通常，光刻设备LA中的图案化过程是要求在衬底W（图1）上进行结构的高精度定尺寸和放置的处理中的最关键的步骤中的一个步骤。为了确保这种高精度，可以将三个系统（在该示例中）组合成所谓的“整体”控制环境，如图3所示出的。这些系统中的一个是（虚拟地）连接到量测设备（例如，量测工具）MT（第二系统）和计算机系统CL（第三系统）的光刻设备LA。“整体”环境可以被配置为优化这三个系统之间的协作以增强整个过程窗口，并且提供严格控制回路以确保由光刻设备LA执行的图案化保持在过程窗口内。过程窗口定义了过程参数（例如，剂量、聚焦、重叠）的范围，在这些过程参数的范围内，特定的制造过程产生定义的结果（例如，功能性半导体装置），通常允许光刻过程或图案化过程中的过程参数在这些过程参数的范围内变化。
计算机系统CL可以使用待图案化的设计布局（的一部分）来预测待使用哪种分辨率增强技术并且执行计算光刻模拟和计算，以确定哪些掩模布局和光刻设备设置实现了图案化过程的最大的总体过程窗口（在图3中由第一标度SC1中的双箭头表示）。通常，分辨率增强技术被布置为匹配光刻设备LA的图案化可能性。计算机系统CL还可以用于检测光刻设备LA当前正在过程窗口内的哪个位置操作（例如，通过使用来自量测工具MT的输入），以预测是否由于例如次最佳处理而可能存在缺陷（在图3中由第二标度SC2中的指向“0”的箭头表示）。
量测设备（工具）MT可以向计算机系统CL提供输入，以实现准确的模拟和预测，并且可以向光刻设备LA提供反馈以识别，在例如光刻设备LA的校准状态下的可能的漂移（在图3中由第三标度SC3中的多个箭头表示）。
在光刻过程中，期望经常测量所产生的结构，例如以用于过程控制和验证。进行这种测量的工具包括量测工具（设备）MT。用于进行这种测量的不同类型的量测工具MT是已知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的散射仪量测工具MT。散射仪是多功能仪器，所述多功能仪器允许通过将传感器置于散射仪的物镜的光瞳中或者与该光瞳共轭的平面中来测量光刻过程的参数，所述测量通常称为基于光瞳的测量，或者所述多功能仪器允许通过将传感器置于图像平面或与图像平面共轭的平面中来测量光刻过程的参数，在这种情况下，测量通常称为基于图像或场的测量。这种散射仪和相关的测量技术被进一步描述在专利申请US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中，所述专利申请的全部内容通过引用并且入本文中。例如，上述散射仪可以使用来自软X-射线和可见光至近IR波长范围的光来测量衬底的特征，诸如光栅。
在一些实施例中，散射仪MT是角分辨散射仪。在这些实施例中，可以对所测量的信号应用散射仪重构方法以重构或计算光栅和/或衬底中的其他特征的性质。例如，可以通过模拟经散射的辐射与目标结构的数学模型的相互作用并且将模拟结果与测量结果进行比较来得到这种重构。调整数学模型的参数，直到模拟的相互作用产生与从真实目标观察到的衍射图案相似的衍射图案。
在一些实施例中，散射仪MT是光谱散射仪MT。在一些实施例中，光谱散射仪MT可以被配置为使得由辐射源发射的辐射被引导到衬底的目标特征，并且从目标反射或散射的辐射被引导到光谱检测器，该光谱检测器测量镜面反射辐射的光谱（即，作为波长的函数的强度的测量结果）。根据该数据，可以例如通过严格耦合波分析和非线性回归或者通过与模拟光谱库进行比较，来重构产生检测到的光谱的目标的结构或轮廓。
在一些实施例中，散射仪MT是椭圆偏振测量散射仪。椭圆偏振测量散射仪允许通过针对每个偏振状态，测量经散射的辐射来确定光刻过程的参数。这种量测设备（MT）通过例如在量测设备的照射部分中使用合适的偏振滤光器来发射偏振光（诸如，线性、圆形或椭圆形）。适用于量测设备的源也可以提供偏振辐射。现有的椭圆偏振测量散射仪的各种实施例被描述在美国专利申请11/451,599、11/708,678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110和13/891,410中，所述专利申请的全部内容通过引用并且入本文中。
在一些实施例中，散射仪MT适于通过测量反射的光谱和/或检测配置中的不对称性来测量两个未对准的光栅或周期性结构（和/或衬底的其他目标特征）的重叠，该不对称性与重叠的程度有关。两个（通常重叠的）光栅结构可以应用于两个不同的层（不一定是连续的层），并且可以基本上形成在晶片上的相同位置处。散射仪可以具有如例如在专利申请EP1,628,164A中描述的对称检测配置，使得任何不对称性都可以清楚地区分。这提供了一种测量光栅中的未对准的方法。在PCT专利申请公开No. WO 2011/012624或美国专利申请US 20160161863中可以找到测量重叠的其他示例，这些专利申请通过引用整体并入本文。
其他感兴趣参数可以是聚焦和剂量。聚焦和剂量可以通过如美国专利申请US2011-0249244中所描述的散射测量法（或替代地通过扫描电子显微镜）同时被确定，该专利申请通过引用整体并入本文。可以使用单个结构（例如，衬底中的特征），对于聚焦能量矩阵（FEM，也称为聚焦曝光矩阵）中的每个点所述单个结构具有临界尺寸和侧壁角度测量结果的唯一组合。如果临界尺寸和侧壁角的这些唯一组合可用，则可以根据这些测量结果唯一地确定聚焦和剂量值。
量测目标可以是一般在抗蚀剂中通过光刻过程（但也可以在例如蚀刻过程之后）形成的复合光栅和/或其他特征的集合。典型地，光栅中的结构的节距和线宽取决于将能够捕获来自量测目标的衍射阶的测量光学器件（特别是光学器件的NA）。衍射信号可以用于确定两个层之间的飘移（也称为“重叠”），或可以用于重建光刻过程所产生的原始光栅的至少一部分。这种重建可以用于提供光刻过程的品质的指导，并且可以用于控制光刻过程的至少一部分。目标可以具有较小的子分段，所述子分段被配置为模仿目标中的设计布局的功能部分的尺寸。由于这种子分段，目标的行为将更类似于设计布局的功能部分，从而使整个过程参数测量结果更好地类似于设计布局的功能部分。可以在欠填充模式或过填充模式下测量目标。在欠填充模式下，测量束产生的斑点小于整个目标。在过填充模式下，测量束产生的斑点大于整个目标。在这种过填充模式中，还可以同时测量不同的目标，从而同时确定不同的处理参数。
使用特定目标的光刻参数的总体测量品质至少部分地由用于测量该光刻参数的测量选配方案确定。术语“衬底测量选配方案”可以包括测量本身的一个或多个参数、所测量的一个或多个图案的一个或多个参数、或两者。例如，如果在衬底测量选配方案中使用的测量是基于衍射的光学测量，则测量的一个或多个参数可以包括辐射的波长、辐射的偏振、辐射相对于衬底的入射角、辐射相对于衬底上的图案的取向等。例如，选择测量选配方案的标准之一可以是测量参数之一对处理变化的敏感度。更过示例被描述在美国专利申请US2016-0161863和已公开的美国专利申请US 2016/0370717A1中，这些专利申请通过引用并入本文。
图4中描绘了一种量测设备，诸如散射仪MT。该量测设备包括通过投影光学系统6将辐射5投影到衬底W上的辐射源2（例如，宽带（白光）辐射源）。反射辐射或散射辐射8被物镜系统8收集并传递到检测器4。然后，由探测器4探测的散射辐射8可以由处理单元PU处理。还示出了物镜系统8的光瞳平面PP和像平面IP。本说明书中的术语“光瞳平面”和“场平面”可以分别指这些平面或与其共轭的任何平面。这种散射仪可以配置为正入射散射仪或（如图所示）斜入射散射仪。在一些实施例中，投影光学系统6和物镜系统8被组合；即，使用相同的物镜系统来即照射衬底，也收集从所述衬底散射的辐射。
在第一实施例中，散射仪MT是角分辨散射仪。在这种散射仪中，可以对所测量的信号应用重构方法以重构或计算光栅的性质。例如，可以通过模拟经散射的辐射与目标结构的数学模型的相互作用并且将模拟结果与测量结果进行比较来得到这种重构。调整数学模型的参数，直到模拟的相互作用产生与从真实目标观察到的衍射图案相似的衍射图案。
在第二实施例中，散射仪MT是光谱散射仪MT。在这种光谱散射仪MT中，由辐射源发射的辐射被引导到目标，并且从目标反射或散射的辐射被引导到光谱检测器，该光谱检测器测量镜面反射辐射的光谱（即，作为波长的函数的强度的测量结果）。根据该数据，可以例如通过严格耦合波分析和非线性回归或者通过与模拟光谱库进行比较，来重构产生检测到的光谱的目标的结构或轮廓。
在第三实施例中，散射仪MT是椭圆偏振测量散射仪。椭圆偏振测量散射仪允许通过针对每个偏振状态，测量经散射的辐射来确定光刻过程的参数。这种量测设备通过例如在量测设备的照射部分中使用合适的偏振滤光器来发射偏振光（诸如，线性、圆形或椭圆形）。适用于量测设备的源也可以提供偏振辐射。现有的椭圆偏振测量散射仪的各种实施例被描述在美国专利申请11/451,599、11/708,678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110和13/891,410中，所述专利申请的全部内容通过引用并且入本文中。
在散射仪MT的一个实施例中，散射仪MT适于通过测量反射光谱和/或检测配置中的不对称性来测量两个未对准光栅或周期性结构的重叠，该不对称性与重叠的程度相关。两个（通常是重叠的）光栅结构可以被应用在两个不同的层（不一定是连续的层）中，并且可能在晶片上的基本上相同的位置处形成。散射仪可以具有例如在所共有的专利申请EP1,628,164A中所描述的对称性检测配置，使得任何不对称都是能够清楚区分的。这提供了一种测量测量中的未对准的直接方法。用于当通过周期性结构的不对称性测量目标时测量包括所述周期性结构的两个层之间的重叠误差的其他示例可以在PCT专利申请公开NO. WO2011/01624或美国专利申请US 20160161863中找到，这些专利申请通过引用整体并入本文。
其他感兴趣参数可以是聚焦和剂量。聚焦和剂量可以通过如美国专利申请US2011-0249244中所描述的散射测量法（或替代地通过扫描电子显微镜）同时被确定，该专利申请通过引用整体并入本文。可以使用单个结构，所述单个结构具有针对聚焦能量矩阵（FEM，也称为聚焦曝光矩阵）中的每个点的临界尺寸和侧壁角度测量结果的唯一组合。如果临界尺寸和侧壁角的这些唯一组合可用，则可以根据这些测量结果唯一地确定聚焦和剂量值。
量测目标可以是一般在抗蚀剂中通过光刻过程（但也可以在例如蚀刻过程之后）形成的复合光栅的集合。典型地，光栅中的结构的节距和线宽较大程度地取决于将能够捕获来自量测目标的衍射阶的测量光学器件（特别是光学器件的NA）。如前所述，衍射信号可以用于确定两个层之间的飘移（也称为“重叠”），或可以用于重建光刻过程所产生的原始光栅的至少一部分。这种重建可以用于提供光刻过程的品质的指导，并且可以用于控制光刻过程的至少一部分。目标可以具有较小的子分段，所述子分段被配置为模仿目标中的设计布局的功能部分的尺寸。由于这种子分段，目标的行为将更类似于设计布局的功能部分，从而使整个过程参数测量结果更好地类似于设计布局的功能部分。可以在欠填充模式或过填充模式下测量目标。在欠填充模式下，测量束产生的斑点小于整个目标。在过填充模式下，测量束产生的斑点大于整个目标。在这种过填充模式中，还可以同时测量不同的目标，从而同时确定不同的处理参数。
光刻参数的使用特定目标的总体测量品质至少部分地由用于测量该光刻参数的测量选配方案确定。术语“衬底测量选配方案”可以包括测量本身的一个或多个参数、所测量的一个或多个图案的一个或多个参数、或两者。例如，如果在衬底测量选配方案中使用的测量是基于衍射的光学测量，则测量的一个或多个参数可以包括辐射的波长、辐射的偏振、辐射相对于衬底的入射角、辐射相对于衬底上的图案的取向等。例如，选择测量选配方案的标准之一可以是测量参数之一对处理变化的敏感度。更过示例被描述在美国专利申请US2016-0161863和已公开的美国专利申请US 2016/0370717A1中，这些专利申请通过引用并入本文。
图5（a）呈现了量测设备的实施例，更具体地，呈现了适于本文中描述的方法的暗场散射仪。图 5（b）更详细地说明了目标 T 和用于照射目标的测量辐射的衍射射线。所示的量测设备是称为暗场量测设备的类型。量测设备可以是独立装置，或者可以并入光刻设备LA中（例如，在测量站处）或光刻单元LC中。在整个设备中具有多个分支的光轴由虚线O表示。在该设备中，源11（例如，氙气灯）发射的光通过包括透镜12、14和物镜16的光学系统、经由分束器15而引导到衬底W。这些透镜以4F布置的双序列布置。可以使用不同的透镜布置，只要它将衬底图像提供到检测器，并且允许同时访问中间光瞳平面以进行空间频率滤波。因此，辐射入射到衬底上的角度范围可以通过定义呈现衬底平面的空间光谱的平面（本文中称为（共轭）光瞳平面）中的空间强度分布来选择。具体地，这可以通过在作为物镜光瞳平面的后投影图像的平面中，在透镜12与14之间插入适当形式的孔板13来实现。这可以通过使用如上所述的照射模式选择器来实现。在所示的示例中，孔板13被配置为用于暗场量测，具有标记为13N和13S的不同形式。然而，对于本文公开的方法，明场量测技术（例如，称为器件内量测IDM）可以与设备的光瞳分支中的检测一起使用。例如，这种技术可以使用全开孔径、四分之一波片（QWP）孔径或半波片（HWP）孔径。在本量测技术中，该工具还可以被配置为用于偏振照射和检测。
如图5（b）所示，目标T被放置，其中衬底W垂直于物镜16的光轴O。衬底W可以由支撑件（未示出）支撑。以偏离轴线O一角度撞击目标T的测量辐射射线I产生了零阶射线（实线0）和两个一阶射线（点划线+1和双点划线-1）。应当记住的是，在过填充的小目标的情况下，这些射线仅是重叠包括量测目标T和其他特征的衬底区域的许多平行射线之一。由于板13中的孔具有有限的宽度（需要允许有益的光量），因此入射射线I实际上将占据一定角度范围，且衍射射线0和+1/-1将会稍微扩散。根据小目标的点扩散函数，每个+1阶和-1阶都将进一步扩散一定角度范围，而不是如图所示的单个理想射线。注意的是，可以设计或调整目标的光栅节距和照射角度，使得进入物镜的一阶射线与中心光轴接近于对准。图5（a）和图5（b）中所示的射线被示出为稍微偏离光轴，这仅是为了在附图中更容易地区分它们。至少由衬底W上的目标T衍射的0阶和+1阶被物镜16收集并且通过分束器15引导返回。
第二分束器17将衍射束分成两个测量分支。在第一测量分支中，光学系统18使用零阶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）。每个衍射阶击中传感器上的不同点，因此图像处理可以比较和对比多个阶。正是该光瞳平面图像被主要用于本文中描述的测量技术（例如，器件内量测IDM）。
在第二测量分支中，光学系统20、22在传感器23（例如，CCD或CMOS传感器）上形成目标T的图像。在第二测量分支中，孔阑21设置在与光瞳平面共轭的平面中。孔阑21用于阻挡零阶衍射束，使得仅通过-1或+1的一阶束形成在传感器23上形成的目标图像。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，所述处理器PU的功能将取决于正在执行的测量的具体类型。注意的是，此处使用的术语“图像”是广义的。如果仅存在-1 和+1阶中的一个，则将不会形成这样的光栅线图像。该分支通常被用于暗场量测方法。
通常期望能够以计算方式确定图案化过程如何在衬底上产生期望的图案。例如，计算确定可以包括模拟和/或建模。可以为制造过程的一个或多个部分提供模型和/或模拟。例如，期望能够模拟将图案形成装置图案转移到衬底的抗蚀剂层上，以及在抗蚀剂显影之后在该抗蚀剂中的产生图案的光刻过程，模拟诸如确定重叠之类的量测操作，和/或执行其他模拟。例如，模拟的目的可以是进行准确预测量测指标（例如，重叠、临界尺寸、衬底的特征的三维轮廓的重建、当衬底的特征被光刻设备印制时光刻设备的剂量或聚焦，等等）、制造过程参数（例如，边缘放置、空间图像强度斜率、亚分辨率辅助特征（SRAF）等）、和/或其他可以用于确定是否实现了预期或目标设计的信息。预期设计通常被限定为预光学邻近校正设计布局，其可以以标准化的数字文件格式（诸如GDSII、OASIS或其他文件格式）提供。
模拟和/或建模可以用于确定一个或多个量测度量（例如，执行重叠和/或其他量测测量）、配置图案形成装置图案的一个或多个特征（例如，执行光学邻近校正）、配置照射的一个或多个特征（例如，改变照射的空间/角强度分布的一个或多个特性，诸如改变形状）、配置投影光学器件的一个或多个特征（例如，数值孔径等）、和/或用于其他目的。例如，这种确定和/或配置通常可以称为掩模优化、源优化和/或投影优化。这些优化可以单独执行，也可以以不同的组合方式组合执行。一个这种示例是源掩模优化（SMO），其涉及配置图案形成装置图案的一个或多个特征以及照射的一个或多个特征。例如，优化可以使用本文所述的参数化模型来预测各种参数（包括图像等）的值。
在一些实施例中，系统的优化过程可以表示为成本函数。优化过程可以包括找到使成本函数最小化的系统的参数集合（设计变量、过程变量等）。取决于优化的目标，成本函数可以具有任何合适的形式。例如，成本函数可以是系统的某些特性（评估点）相对于这些特性的预期值（例如理想值）的偏差的加权均方根（RMS）。成本函数也可以是这些偏差的最大值（即，最差偏差）。术语“评估点”应广义地解释为包括系统或制造方法的任何特性。由于系统和/或方法的实施方式的实用性，系统的设计和/或过程变量可以被限制在有限的范围内和/或相互依存。在光刻投影设备的情况下，约束通常与硬件的物理性质和特性相关联，诸如可调范围和/或图案形成装置的可制造性设计规则。评估点可以包括衬底上抗蚀剂图像上的物理点，以及非物理特性（诸如剂量和聚焦）。
为了确保来自不同的量测工具的所测量的感兴趣参数（例如，重叠值）匹配，可以使用每个工具的校准数据来执行对每个工具的测量信号归一化。通过归一化匹配这些测量信号，不同工具之间的感兴趣参数值也被匹配。当前的信号归一化技术包括衍射效率（DE）方法，其中通过完美反射镜的模拟信号、或通过组合不同的通道和多晶片旋转而将所测量的强度映射到固定的参考系统的可观察映射（observable mapping，OM）方法来归一化测量信号。（EP3961304）。可观察映射已经在欧洲专利申请EP3961304中描述，该申请的全部内容并入本文。OM试图将固定的参考系统的物理响应重建或“构建”为实际测量系统的物理响应集合的线性组合。将同一线性组合应用于所测量的强度，以获得参考系统上的“映射”强度。现在将结合图6至图9更详细地描述这种方法。
图6是说明用于确定映射强度度量的方法60的操作概要的流程图，所述映射强度度量可以用于与制造系统（例如，如图1至图5所示的制造系统）之中的相似度量进行比较。该方法在欧洲专利申请EP3961304中有更详细的描述，该申请的全部内容并入本文。在操作62，确定制造系统的强度度量。在操作64，确定参考系统的映射强度度量。下面给出的方法60的操作旨在是说明性的；方法60可以在有未描述的一个或多个附加操作和/或没有所讨论的一个或多个操作的情况下实现。此外，图6中所示和下文所述的方法60的操作顺序并非旨在是限制性的。方法60的一个或多个部分可以在一个或多个处理装置（例如，一个或多个处理器）中（例如，通过模拟、建模等）实现。一个或多个处理装置可以包括响应于以电子方式存储在电子存储介质上的指令而执行方法60的一些或全部操作的一个或多个装置。例如，一个或多个处理装置可以包括通过硬件、固件和/或软件配置以被专门设计用于执行方法60的一个或多个操作的一个或多个装置。
方法60被配置为提供通过使用可用的系统校准数据来改善系统之间的匹配的通用框架。假设这些校准数据以输入密度矩阵和输出密度矩阵（例如ρin和Mout）的形式和/或其他形式存在。密度矩阵与制造（例如量测）系统的入射光路（从源到目标）和出射光路（从目标到检测器）的琼斯矩阵有关。与光路相关联的琼斯矩阵描述了光电场如何沿着所述路径传播。将相关联的琼斯矩阵与同一琼斯矩阵的共轭转置（也称为厄米（Hermitian）转置，两者约以“”表示）的乘积定义为相关联的密度矩阵。更具体地，，以及，其中Jin、Jout为相应的琼斯矩阵。
在方法60中，对制造系统（例如，基于光/光瞳的系统）确定强度度量（例如，在一些实施例中，强度度量可以是和/或包括强度图像（例如，与光瞳相关联的图像，例如在量测系统的光瞳平面或其共轭平面处获得的角分辨图像）、强度图、强度值集合、和/或其他强度度量）。强度度量是基于衬底（例如，晶片和/或其他衬底）上位置的反射率、制造系统特性、和/或其它信息来确定。确定参考系统的相应映射强度度量。参考系统具有参考系统特性。制造系统特性和/或参考系统特性可以是和/或包括一个或多个矩阵，所述一个或多个矩阵包括给定系统的校准数据和/或其他信息（例如，如下面进一步描述的）。映射强度度量可以基于强度度量、制造系统特性、参考系统特性、和/或其他信息来确定，以使用参考系统模仿对制造系统的强度度量的确定。以这种方式，可以将来自任何数量的制造系统的任何数量的强度度量映射到该参考系统，以方便对来自不同制造系统的数据进行比较。
图7用三个示意系统70、72和74说明了这些原理。图7示出了将来自两个制造系统70和74的强度度量77映射78、79到参考系统72，使得可以比较来自制造系统70、74的强度度量77。系统70和74可以是和/或包括量测系统和/或其他制造系统。仅作为一个示例，这样的系统可以被配置为测量重叠和/或其他度量。例如，这种系统可以包括如图4或图5所示的散射仪机器。系统70由下标“1”表示。系统72可以是由下标“0”表示的参考系统，系统74可以由下标“2”表示。系统70、72和74被示出为测量75具有特定（复值）反射率R的衬底。一个或多个系统特性76被示出为嵌入系统矩阵S中。所得到的所测量的光瞳强度77（例如，强度度量）由I表示。如图7所示，I1和I2可以被映射78、79到参考系统72，以便于比较。衬底反射率本身不会被检索或重建，而是确定在参考系统72上测量强度度量I1或I2时会观察到的强度。如图7所示，来自系统70和74的强度度量被映射到参考系统72，并且可以在该水平处进行比较。
在一些实施例中（如本文所述），参考系统72是具有预定特性的理想化系统。预定特性可以包括系统操作参数和/或设定点、校准设置和/或其他数据、和/或其它信息。在一些实施例中，可以针对给定的制造系统测量预定特性、从制造系统和/或与这种系统相关联的电子存储器以电子方式获得预定特性、由用户编程预定特性（例如，针对虚拟系统）、由用户分配预定特性、和/或和/或可以包括其他信息可以包括其他信息。在一些实施例中，参考系统可以是物理系统或虚拟系统。在一些实施例中，参考系统可以表示平均或典型系统。在一些实施例中，参考系统被配置为表示多个不同的（实体的和/或虚拟的）制造系统。在一些实施例中，参考系统是虚拟的，（多个）制造系统是实体的。
回到图6和方法60，在操作62，确定制造系统的强度度量（例如，图7中所示的系统70或74的77）。强度度量（例如，77）是基于衬底上位置的反射率（例如，图7中所示的75）（和/或衬底上的若干位置的反射率）、制造系统特性（例如，图7中所示的76）、和/或其他信息来确定。在一些实施例中，制造系统特性是包括制造系统的校准数据和/或其他数据的特性的一个或多个矩阵和/或其他排列方式。制造系统矩阵（或多个矩阵）可以包括可以与特定制造系统唯一相关联的任何数据，使得由制造系统本身引起的任何变化都被表示在制造系统矩阵（或多个矩阵）中，和/或以其他方式由制造系统矩阵（或多个矩阵）解释。
方法60结合了不同的“测量通道”，每个通道由输入-输出偏振和光栅到传感器角度（和波长）和/或其他信息表征。每个通道对应于密度矩阵（和系统矩阵）的不同集合，并且还对应于不同的测量强度I。通道是测量数据、校准数据和标签的集合。它包括点的集合，每个点具有光瞳平面中的位置、所测量的强度值（共同形成光瞳强度图像）、入射密度矩阵、以及出射密度矩阵。所述通道还具有标签：相关联的入射偏振值、出射偏振值、波长、以及光栅到传感器角度。下面结合操作64进一步描述操作62的附加方面。
在操作64，确定参考系统（例如，图7中的72）的映射强度度量（例如，图7中的78和/或79）。映射强度度量包括在给定衬底上位置的反射率的情况下会在参考系统上观察到的强度度量。确定映射强度度量来模仿对制造系统的强度度量的确定，但使用参考系统。这可以有助于比较来自不同制造系统的数据。
作为非限制性示例的方式，强度度量作为半导体制造过程的一部分可以与测量的重叠相关联，并且映射强度度量可以与映射重叠相关联，从而可以将映射重叠与来自也与半导体制造过程相关联的其他制造系统的其他映射重叠进行比较。在一些实施例中，强度度量是强度图像（光瞳）中的强度、强度图像本身、强度图、强度值的集合、和/或其他强度度量。（用于与其他制造系统所测量的其他重叠值进行比较的）映射重叠可以通过将所有这些强度与特定权重因子一起（以线性或非线性方式）采用来确定（例如，如下所述）。重叠不一定与光瞳中的单个点相关联。
这种方法可以利用琼斯框架。琼斯框架在琼斯矩阵的方面描述了偏振光通过光学系统的传播。光学元件的琼斯矩阵J是2x2的复数矩阵，其作用于2x1电场输入向量Ein，以根据Eout =JEin产生2x1磁场输出向量Eout。每个电场E被表示为两个选定的正交单位（场）向量的线性组合，所述两个选定的正交单位（场）跨越垂直于光传播方向的2D子空间。所述单位向量构成光的局部偏振方向。光学系统的琼斯矩阵是相关联的光学元件的琼斯矩阵的矩阵积。
参考系统可以具有参考系统特性和/或其他相关联的信息。在一些实施例中，参考系统特性是包括参考系统的校准数据和/或其他信息的矩阵（或多个矩阵）。在一些实施例中，参考系统特性是包括制造系统的校准数据和/或其他数据的特性的一个或多个矩阵和/或其他排列方式。参考系统矩阵（或多个矩阵）可以包括可以与参考系唯一相关联的任何数据，使得由参考系统本身引起的任何变化被表示在参考系统矩阵（或多个矩阵）中，和/或以其他方式由参考系统矩阵（或多个矩阵）解释。
映射强度度量可以是基于强度度量、制造系统特性、参考系统特性和/或其他信息来确定。在一些实施例中，制造系统矩阵和参考系统矩阵形成变换矩阵。变换矩阵“T”的分量由（多个）制造系统的系统矩阵和参考系统的矩阵确定。
图8示出了基于变换矩阵T的映射（例如，确定映射强度度量）。变换矩阵T的分量（例如，该示例中的S1和S0）包括制造系统和参考系统的系统特性（例如，矩阵和/或其他特性）。如本文所述，特性和/或矩阵包括各个系统的校准数据和/或其他信息。矩阵可以包括光瞳上的各个点的4x4矩阵。校准数据可以从系统本身以电子方式获得（例如，对于制造系统）、由用户编程（例如，对于参考系统）、和/或以其他方式确定。如图8所示，给定的强度度量I1可以乘以变换矩阵T来确定映射强度度量。
确定映射强度度量可以包括对所测量的通道强度进行线性变换。确定映射强度度量可以包括将所测量的通道强度的逐点线性变换进行组合。各个测量通道可以由输入-输出偏振、光栅到传感器的旋转度、波长、和/或其他参数表征。偏振光包括在单个平面内振动的光波。光可以用滤光器和/或其他部件进行偏振。偏振光包括电场向量在单个方向上振荡的光波（线性偏振）或以旋转方式振荡的光波（圆偏振或椭圆偏振）。在线性偏振光的情况下，使用方向属性（例如，H、V、S或P）来指定方向。在圆偏振光或椭圆偏振光的情况下，使用旋转感度（rotational sense）和/或椭圆度属性来指定光。在一些实施例中，光栅到传感器的旋转度可以包括用于测量反射率、强度和/或其他参数的制造系统中的衬底和传感器之间的方位角。波长可以是指制造系统用于测量反射率、强度和/或其他参数的光的波长。
输入-输出线性偏振包括水平（输入）水平（输出）（H-H）、竖直水平（V-H）、水平竖直（H-V）、和/或竖直竖直（V-V）。偏振属性H或V是指光在（例如，虚拟地）行进通过物镜的光瞳平面时的线性偏振方向。H方向是指光瞳平面中的第一选择方向。V方向是指垂直于第一方向的第二方向。可以将用于选择输入和输出的H和V偏振的所述滤光器相应地对准。输入-输出线性偏振可以包括S-P，其中S（“纵向（Senkrecht）”）和P（横向（Parallel））形成与机器无关的偏振方向。S和P偏振方向是相对于目标上/来自目标的入射光和出射光方向跨越的平面来限定的。S方向是指垂直于所述平面的第一方向。与入射光相关联的P方向垂直于所述S方向，并且垂直于入射光的传播方向。与出射光相关联的P方向垂直于所述S方向，并且垂直于出射光的传播方向。在一些实施例中，光栅到传感器的旋转度包括给定角度的集合（这些给定角度可以是任何角度），以及给定角度加180度的集合。
确定映射强度度量可以包括直接从光瞳上的不同点映射单个强度，以及从光瞳上的互易点（reciprocal points）映射相应的强度。例如，图9示出了直接从光瞳上的不同点80映射单个强度，以及从光瞳上的互易点82映射相应的强度。图9示出了对于特定波长的光，光栅到传感器的旋转度（GTS）为0（例如，点集合80）和180度（例如，点集合82）的四个光瞳83、84、85、86、87、88、89、90的两个点集合80和82（每个集合中的每个光瞳都被单独标记）。在该示例中，映射光瞳（强度）81（例如，映的强度度量）是HV（H-输入，V-输出）。在该示例中，假设衍射阶不存在。如图9所示，总共有16个点可以有助于确定所指示的映射光瞳点：8个“直接”点91，位于光瞳中的与映射点的相同位置处，以及8个“互易”点92，位于光瞳中的相对位置处。如果方向被倒置，互易点92也可以由于互易关系而被包括在映射中。反射率域中保持这些关系。
确定映射强度度量可以包括对从光瞳上的不同点直接映射的强度以及来自光瞳上的互易点的相应的强度进行加权。加权基于制造系统矩阵和/或参考系统矩阵中的校准数据、反射率的相应向量化形式（如下所述）、和/或其他信息。各个权重是基于入射偏振、出射偏振、光栅到传感器的旋转度、互易性（reciprocity）、衍射阶、和/或与给定强度度量相关联的其他参数来确定。
例如，图9中的箭头所指示的各个映射点可能对映射强度度量81贡献不同的权重。权重可以取决于制造和/或参考系统矩阵中的校准数据S。各个权重可以由用户调整和/或具有其他特性。继续该示例，如果选择不同的光瞳点进行映射（例如HH），则可以进行相同的连接，但权重不同。应当注意的是，所有所测量的光瞳（例如，共偏振和交叉偏振）都可以参与给定的映射。如图9所示，涉及两种类型的点：直接点91和互易点92。此外，可能涉及多于一个的光栅到传感器的旋转度。
反射率R与强度I（例如，强度度量）之间的关系可以表示为：
关系式（1）直接以2x2厄米密度矩阵ρin和Mout表示，其中包括生成强度（例如，强度度量）的制造系统的校准数据。在I的表达式中，制造系统状态与反射率R交叉。系统状态由ρin和Mout表征/组成。通过“交叉（entangled）”，这意味着在这个方程中，它们表现为两个单独的实体，作为与其间的“R”的乘积。例如，将ρin和Mout组合在单个实体中的单个矩阵S能够进行线性组合。在这些表达式中，“”代表“共轭转置”或“厄米转置”。“T”代表“转置”。通过使用（制造）系统矩阵S（其为ρin和Mout的Kronecker乘积），可以将关系式（1）写成关系式（2）所示的形式。现在S已经变成4x4的厄米矩阵，r是反射率R的向量化形式。注意的是，ρin和Mout并因此S取决于入射偏振、出射偏振、光栅到传感器的旋转度、衍射阶等。
如果，则，其中*表示复共轭。
作为提醒，在关系式（2）中，强度I（例如，强度度量）由制造系统确定（例如，如上所述），S是系统矩阵（例如，根据情况，包括一个或多个制造特性），以及反射率r是未知的（并且不需要知道）。使用系统矩阵S的优点是（制造）系统性质仅输入数学式以此，并以线性方式。这使得即使实际反射率R或r未知，也能够可以对方程式组进行线性组合。
在关系式（2）中，系统矩阵S是“匿名的”。实际上，系统矩阵与入射偏振、出射偏振、光栅到传感器的旋转度、互易性、衍射阶、和/或其他校准信息相关联。类似地，强度I可以与入射偏振、出射偏振、光栅到传感器的旋转度、和/或其他校准信息相关联。“映射强度（度量）可以描述预期在参考系统上确定的强度（度量）。
在示例中，仅输入偏振和输出偏振被使用，并设定测量四个光瞳：HH、HV、VH和VV。在该示例中没有考虑互易性。可以确定具有相同偏振标签的四个映射光瞳。存在四个表达式对应于I的四个偏振态。对这些方程式进行线性组合包括，在一侧对制造系统矩阵S（或多个矩阵）进行线性组合（不需要知道r），在另一侧对I进行相同的线性组合。对于每个映射偏振标签，寻求线性组合，使得所得到的实际系统矩阵S的组合接近具有相同映射偏振标签（在该示例中为HH）的相应参考系统矩阵。例如，可以根据制造系统矩阵的组合和相应的参考系统矩阵之间的差异的最小Frobenius（弗罗贝纽斯）范数来优化线性组合。也可以做出其他选择。最后，将线性组合应用于强度I，以产生映射（或“参考”）强度。对其他映射偏振标签执行该过程会得到映射矩阵T，该映射矩阵T将所测量的强度转换为映射强度。映射操作（例如，图6中所示的操作64-确定映射强度度量）可以是涉及相同光瞳位置处的点，以及在更一般的情况下，还来自相对（互易）位置处的点的逐点操作。
这种（多个）系统和（多个）方法的“默认”用例可以是映射到与实际使用的制造系统有些相似的参考系统。通常，会参考这种系统的理想化版本。然而，本文所述的原理也可以用于限定在现实中可能难以实现的（假想的和/或虚拟的）参考系统。通过这样做，可以提取出固有的（半导体制造）堆叠性质，其实际上不依赖于任何物理制造系统。固有的光学堆叠性质通常以复反射率矩阵表示。该矩阵的元素作用于光的S和P偏振分量，其中S（“纵向”）和P（横向）形成与机器无关的偏振方向，仅取决于入射光/出射光的方向。
由此，每个量测工具的物理响应被捕获在系统矩阵S中（参见上述方程式（2））。系统矩阵S矩阵是由与16个“自由度”相对应的16个独立实数表征的复厄米矩阵。为了由实际系统矩阵构建具有16个自由度的参考系统矩阵，需要16个独立的“可观察量（observable）”。每个可观察量对应于特定物理配置中的测量项（所测量的光瞳）；例如，由入射偏振（例如，H或V）、出射偏振（例如，H或V）、入射或出射路径中的延迟项（所预期的或作为所用光学器件的副作用）、衰减（例如，由于光学传输或污染物而导致）、或琼斯框架中可以捕获的任何其他光学效应表征。
在许多现有的量测系统中，诸如本文中已经描述的，光学系统仅允许将不同的入射和出射偏振和目标旋转组合。因此，假设有3个晶片取向的情况下，这些系统仅允许测量最多8个可观察量。在两个取向的情况下，仅可以测量到7个可观察量。例如，对于单个晶片旋转，不同的偏振态提供4个自由度：HH、HV、VH和VV。可以通过晶片旋转而添加的额外自由度的量是有限的。不同的晶片旋转有效地使H轴和V轴旋转，这并不总是提供线性独立的解。例如，添加90度的整数倍的晶片旋转不会增加自由度的数量。由于映射采用线性组合，因此使用双角度公式可以创建某些其他角度：在3次独立的晶片旋转的情况下，可以进行任何其他晶片旋转，并从那时起，添加晶片旋转将不会增加自由度。因此，在数学上，没有办法通过更多的晶片旋转来超越这个低维子空间。
由于所需的16个可观察量中的仅8个可用，因此很难准确映射到参考机器。这限制了可观察匹配技术在许多应用中的匹配性能。
此外，使用本方法的可观察映射不能有效地补偿物镜相位延迟变化，这对工具到工具的感兴趣参数（例如重叠）匹配有显著影响。模拟表明，物镜相位延迟变化（下文中称为“α变化”）对工具到工具的重叠匹配有显著影响。然而，无论是衍射效率，还是可观察映射归一化方法，都不能补偿变化的相位延迟。在衍射效率映射的背景下，相位延迟无法补偿的原因是，用于归一化的完美反射镜对α变化的响应与测量目标不同。在可观察映射的背景下，多个晶片取向或晶片旋转不具有补偿α变化所需的自由度。
目前即使有对延迟值的完美校准知识也无法补偿相位延迟变化的事实是重叠匹配中的重要问题。
因此，提出了将每个量测工具所采样的自由度扩展到超过目前可用的8个（即，扩展到至少9个），并达到琼斯模型中的最大（16个）自由度。提出了通过在每个工具的照射和/或检测光学器件内提供一个或多个附加光学元件来实现这一点。
特别地，所提出的方案可以包括在每个工具的照射和/或检测光学器件内提供这种附加的偏振改变光学元件，其中该附加的光学元件中的至少一个被设置在照射模式选择器（IMS）和/或探测模式选择器（DMS）内，诸如例如在每种情况中为可旋转的孔轮（aperturewheel）。孔轮包括被布置在孔轮的不同区段中的多个孔。根据情况，每个区段对应于不同的照射模式或检测模式。因此，可以通过旋转相应的孔轮来选择不同的照射模式/检测模式。每种照射模式或检测模式对应于孔轮的不同位置。IMS/DMS可以被各自安装在中心可旋转轴或轮轴上，并且可以由电机供电，以将IMS/DMS旋转到不同的位置，从而处于不同的照射/检测模式。例如，IMS/DMS的替代机械布置可以包括电机驱动的线性滑块，该线性滑块包括孔的阵列（例如，1D阵列，或可能的2D阵列）。在任一情况下，IMS/DMS的每个孔都可以单独地移动或切换到照射路径/检测路径中。IMS孔轮可以设置在量测工具的（照射光学器件内的）照射分支的光瞳平面（或其共轭面）中，例如设置在图5（a）中的标记为13的平面处。类似地，DMS孔轮可以设置在量测工具的（检测光学器件内的）检测分支的光瞳平面（或其共轭面）中。
在实施例中，至少一个附加的偏振改变光学元件可以包括波片或延迟器。例如，波片可以包括四分之一波片（QWP），或更一般地，波片可操作为施加0.1λ至0.4λ之间或0.2λ至0.3λ之间的延迟（偏振分量之间的相移），波片的快轴和慢轴相对于照射偏振分束器（PBS）的水平偏振轴倾斜取向（例如，以不是90的整数倍的角度取向）。在单个照射QWP实施例中，倾斜角可以在30度与60度之间、40度与50度之间、42度与48度之间、44度与46度之间、或为45度。这种QWP可以用于利用对H和V入射偏振的不同手性，对来自PBS的线性偏振输入照射施加圆偏振（或椭圆偏振，取决于取向）。这种单个QWP可以将自由度或可观察量的数目增加5个（从8个增加到13个，再次假设3个晶片取向的情况下）。
使用可变的延迟器进行计算表明，与延迟器相对于入射光的线性偏振的约45度取向（例如，45+/-1度、45+/-5度、45+/-10度、45++-15度）相结合的90度相位延迟（即，QWP或其近似值）与当前测量最大正交。
13个可观察量是对目前许多工具上目前可用的8个可观察量的相当大的改进，并可以通过可观察映射来补偿α映射变化。因此，提供单个或第一QWP本身就在本公开的范围内。然而，通过在IMS内并入第二附加光学元件，可以进一步扩展概念。在实施例中，第二光学元件可以包括半波片（HWP），或更一般地，包括可操作为施加在0.4λ与0.6λ之间或在0.45λ与0.55λ之间的延迟的波片，该波片具有相对于照射PBS的水平偏振轴以在20度与25度之间或在22度与23度之间（例如，在22.5度）取向的快轴或慢轴，或具有偏振轴相对于照射PBS的水平偏振轴以在40度与50度之间或在44度与46度之间（例如，在45度）取向的线性偏振器。在任一种情况下，45度线性偏振态都被施加到测量照射。这提供了额外的2个自由度或可观察量（即，提供QWP和HWP/45度线性偏振器两者都将可观察量的数目增加到15个）。
刚刚描述的QWP和HWP/线性偏振器实施例可以进一步扩展成，通过进一步提供检测偏振改变光学元件来获得全16个自由度，该检测偏振改变光学元件可以在例如检测PBS之前切换到检测分支。检测布置可以使得可以在全打开检测与通过偏振变化光学器件的检测之间切换。在实施例中，检测偏振改变光学元件可以包括相对于检测PBS的水平偏振轴倾斜取向（例如，在44度与46度（例如45度）之间）的检测QWP（或更一般地，可操作为施加在0.1λ与0.4λ之间或在0.2λ与0.3λ之间的延迟的检测波片）。替代地，该QWP可以是可旋转的QWP。
在实施例中，量测工具可以包括照射孔轮和/或检测孔轮；每个至少包括开孔、QWP（例如，以45度取向或如本文所述）以及HWP（例如，以22.5度取向或如本文所述）、或45度线性偏振器。这些孔轮可以分别位于照射PBS之后和检测PBS之前。这种布置（具有照射和检测孔轮）覆盖全16个自由度，而不需要所测量的目标的互易性。互易性是光与目标相互作用的物理性质，其可以用于为可观察映射创建更多自由度。然而，这确实对校准准确度提出了额外的要求。
在不同的实施例中，IMS可以包括第一QWP和第二QWP（或近似如所描述的QWP的波片），所述第一QWP和第二QWP的快轴或慢轴以各自的相对于照射PBS的水平偏振轴的不同角度α和β取向；其中α≠β，并且α、β都不是90的整数倍。例如，α可以是30度，β可以是60度。这种布置为我们提供了多达15个自由度。因此，通过将这种布置与如上所述的检测偏振改变光学元件组合，可以获得额外的自由度。在实施例中，可以提供分别位于照射PBS之后和检测PBS之前的照射孔轮和检测孔轮，每个孔轮包括开孔和所描述的两个QWP（具有分别以α和β取向的快轴/慢轴）。这种布置覆盖了全16个自由度，而不需要所测量的目标的互易性。
图10是根据实施例的IMS，并且特别是孔轮的示意图。IMS包括各种孔，每个孔都可以被切换到照射束中，以配置众所周知的照射轮廓。除了这些孔之外，还有至少一个（在该示例中为两个）偏振改变光学元件：四分之一波片QWP（例如，快轴/慢轴相对于照射PBS的水平偏振轴以45度取向）和半波片HWP（例如，快轴/慢轴相对于照射PBS的水平偏振轴以22.5度取向）。如上所述，以与第一QWP的不同角度取向的第二QWP或相对于照射PBS的水平偏振轴以45度取向的线性偏振器可以代替HWP。
本实施例和遍及整个描述中的所有QWP都可以包括施加在0.1λ与0.4λ之间或在0.2λ与0.3λ之间的延迟的波片，本实施例和遍及整个描述中的所有HWP可以包括施加在0.4λ与0.6λ之间或在0.45λ与0.55λ之间的延迟的波片，以及本实施例和遍及整个描述中的所有特定角度可以在+/-1度、+/5度、+/-10度的范围内或本描述中其他地方提供的任何范围内。
在实施例中，如本文中所示出的，QWP和HWP可以一起靠近放置和/或靠近全开孔FO放置。因此，QWP、HWP和全开孔FO可以位于IMS上的相邻或连续的孔位置。这在测量过程中提供了最小的切换时间。
可以理解，本文所述的具体布置是示例，并且光学器件的其他组合也是可能的。
本文公开的技术可以用于任何基于光瞳的量测，例如使用图5（a）所描绘的工具的第一测量分支和检测器19的量测。除了其他之外，这种量测方法包括蚀刻后检查（AEI）（诸如IDM），或基于光瞳的显影后检查ADI，诸如基于（明场）衍射的DBO重叠和基于衍射的聚焦DBF测量。对于基于光瞳的ADI，这可以通过使用所描述的额外QWP/HWP信号对DBO/DBF测量的光瞳应用高阶可观察映射来实现，从而改善匹配。
在后续的编号条项列表中公开了其他实施例：
1. 一种照射模式选择器，所述照射模式选择器用于光学量测工具的照射分支中，所述照射模式选择器包括：
多个照射孔；和
至少一个偏振改变光学元件；
其中所述照射孔中的每个和所述至少一个偏振改变光学元件中的每个都能够单独地切换到所述光学量测工具的照射路径中。
2.根据条项1所述的照射模式选择器，其中所述至少一个偏振改变光学元件包括至少一个波片。
3.根据条项2所述的照射模式选择器，其中所述至少一个波片至少包括能够操作为对一个偏振分量施加在0.1λ与0.4λ之间的延迟的波片。
4. 根据条项2或3所述的照射模式选择器，其中所述至少一个波片包括至少一个四分之一波片。
5. 根据条项3或4所述的照射模式选择器，其中所述至少一个波片包括相对于所述光学量测工具的照射偏振分束器的水平偏振轴，以不是90度的整数倍的倾斜角取向的快轴或慢轴。
6. 根据条项5所述的照射模式选择器，其中所述倾斜角在40度与50度之间。
7. 根据条项5所述的照射模式选择器，其中所述倾斜角为实质上45度。
8. 根据条项3所述的照射模式选择器，其中所述至少一个波片包括第一波片和第二波片，所述第一波片能够操作为对一个偏振分量施加在0.1λ与0.4λ之间的延迟，包括以第一角度取向的快轴或慢轴，所述第二波片能够操作为对一个偏振分量施加在0.1λ与0.4λ之间的延迟，包括以第二角度取向的快轴或慢轴，所述第一角度和所述第二角度各自包括相对于所述光学量测工具的照射偏振分束器的水平偏振轴的、不是90度的整数倍的相应倾斜角，所述第一角度和所述第二角度不同。
9. 根据条项8所述的照射模式选择器，其中所述第一波片和所述第二波片各自包括四分之一波片。
10. 根据条项8或9所述的照射模式选择器，其中所述第一角度在25度与35度之间，所述第二角度在55度与65度之间。
11. 根据条项3至7中任一项所述的照射模式选择器，其中所述至少一个波片还包括能够操作为对一个偏振分量施加在0.4λ与0.6λ之间的延迟的波片。
12. 根据条项3至7中任一项所述的照射模式选择器，其中所述至少一个波片还包括半波片。
13. 根据条项11或12所述的照射模式选择器，其中所述波片能够操作为对一个偏振分量施加在0.4λ与0.6λ之间的延迟，或所述半波片包括相对于所述光学量测工具的照射偏振分束器的水平偏振轴、以在20度与25度之间的角度取向的快轴或慢轴。
14. 根据条项13所述的照射模式选择器，其中所述波片能够操作为对一个偏振分量施加在0.4λ与0.6λ之间的延迟，或所述半波片相对于所述水平偏振轴以实质上22.5度取向。
15. 根据条项3至7中任一项所述的照射模式选择器，还包括线性偏振器，所述线性偏振器相对于所述光学量测工具的照射偏振分束器的水平偏振轴的、以不是90度的整数倍的倾斜角取向。
16. 根据条项15所述的照射模式选择器，其中所述倾斜角在40度与50度之间。
17. 根据条项15所述的照射模式选择器，其中所述倾斜角为实质上45度。
18. 根据前述条项中任一项所述的照射模式选择器，其中所述多个照射孔包括全开孔。
19. 根据条项18所述的照射模式选择器，其中每个所述至少一个偏振改变光学元件和所述全开孔被包括在所述照射模式选择器上的连续或相邻位置中。
20. 根据前述条项中任一项所述的照射模式选择器，其中所述照射模式选择器包括孔轮，其中所述多个照射孔和所述至少一个偏振改变光学元件各自位于所述孔轮的相应区段中。
21. 一种光学量测工具，包括：
照射分支，所述照射分支用于将照射引导到样品，所述照射分支包括具有水平偏振轴的照射偏振分束器；
检测分支，所述检测分支用于检测被所述样品反射和/或散射的所述照射；和
以下中的一个或两者：所述照射分支中的照射模式选择器和所述检测模式分支中的检测模式选择器；
其中所述照射模式选择器包括：
多个照射孔；和
至少一个偏振改变光学元件；
其中所述照射孔中的每个和所述至少一个偏振改变光学元件中的每个都能够单独地切换到所述光学量测工具的照射路径中；以及
其中所述检测模式选择器包括：
至少一个检测孔；和
至少一个检测偏振改变光学元件；
其中每个至少一个检测孔和所述至少一个偏振改变光学元件中的每个都能够单独地切换到所述检测分支中，所述检测分支包括具有水平偏振轴的检测偏振分束器。
22. 根据条项21所述的光学量测工具，包括所述照射分支中的所述照射模式选择器，其中所述至少一个偏振改变光学元件包括至少一个波片。
23. 根据条项22所述的光学量测工具，其中所述至少一个波片包括能够操作为对一个偏振分量施加在0.1λ与0.4λ之间的延迟的至少一个波片。
24. 根据条项22或23所述的光学量测工具，其中所述至少一个波片至少包括至少一个四分之一波片。
25. 根据条项23或24所述的光学量测工具，其中所述至少一个波片包括相对于所述照射偏振分束器的水平偏振轴，以不是90度的整数倍的倾斜角取向的快轴或慢轴。
26. 根据条项25所述的光学量测工具，其中所述倾斜角在40度与50度之间。
27. 根据条项25所述的光学量测工具，其中所述倾斜角为实质上45度。
28. 根据条项23所述的光学量测工具，其中所述至少一个波片包括第一波片和第二波片，所述第一波片能够操作为对一个偏振分量施加在0.1λ与0.4λ之间的延迟，包括以第一角度取向的快轴或慢轴，所述第二波片能够操作为对一个偏振分量施加在0.1λ与0.4λ之间的延迟，包括以第二角度取向的快轴或慢轴，所述第一角度和所述第二角度各自包括相对于所述照射偏振分束器的水平偏振轴的、不是90度的整数倍的相应倾斜角，所述第一角度和所述第二角度不同。
29. 根据条项28所述的光学量测工具，其中所述第一波片和所述第二波片各自包括四分之一波片。
30. 根据条项28或29所述的光学量测工具，其中所述第一角度在25度与35度之间，所述第二角度在55度与65度之间。
31. 根据条项29或30所述的光学量测工具，还包括所述检测模式选择器，所述检测模式选择器还包括全开孔、第一检测波片和第二检测四分之一波片，所述第一检测波片能够操作为对一个偏振分量施加在0.1λ与0.4λ之间的延迟，包括以所述第一角度取向的快轴或慢轴，所述第二检测四分之一波片包括以第二检测角度取向的快轴或慢轴。
32. 根据条项31所述的光学量测工具，其中所述第一检测包括四分之一波片。
33. 根据条项23至27中任一项所述的光学量测工具，其中所述至少一个波片还包括能够操作为对一个偏振分量施加在0.4λ与0.6λ之间的延迟的波片。
34. 根据条项23至27中任一项所述的光学量测工具，其中所述至少一个波片还包括半波片。
35. 根据条项33或34所述的光学量测工具，其中所述波片能够操作为对一个偏振分量施加在0.4λ与0.6λ之间的延迟，或所述半波片包括相对于所述照射偏振分束器的水平偏振轴、以在20度与25度之间的角度取向的快轴或慢轴。
36. 根据条项33或34所述的光学量测工具，其中所述波片能够操作为对一个偏振分量施加在0.4λ与0.6λ之间的延迟，或所述半波片相对于所述水平偏振轴以实质上22.5度取向.
37. 根据条项23至27中任一项所述的光学量测工具，还包括线性偏振器，所述线性偏振器相对于所述光学量测工具的照射偏振分束器的水平偏振轴的、以不是90度的整数倍的倾斜角取向。
38. 根据条项37所述的光学量测工具，其中所述倾斜角在40度与50度之间。
39. 根据条项38所述的光学量测工具，其中所述倾斜角为实质上45度。
40. 根据条项22至39中任一项所述的光学量测工具，其中所述多个照射孔包括全开孔。
41. 根据条项40所述的光学量测工具，其中每个所述至少一个偏振改变光学元件和所述全开孔被包括在所述照射模式选择器上的连续或相邻位置中。
42. 根据条项22至41中任一项所述的光学量测工具，其中所述照射模式选择器包括孔轮，其中所述多个照射孔和所述至少一个偏振改变光学元件各自位于所述孔轮的相应区段中。
43. 根据条项22至42中任一项所述的光学量测工具，其中所述照射模式选择器位于所述照射分支内的光瞳平面或其共轭面中。
44. 根据条项43所述的光学量测工具，包括所述检测模式选择器，其中所述检测偏振改变光学元件包括能够操作为对一个偏振分量施加在0.1λ与0.4λ之间的延迟的检测波片。
45. 根据条项44所述的光学量测工具，其中所述检测波片包括检测四分之一波片。
46. 根据条项44或45所述的光学量测工具，其中所述检测四分之一波片包括相对于所述检测偏振分束器的水平偏振轴，以不是90度的整数倍的倾斜角取向的快轴或慢轴。
47. 根据条项46所述的光学量测工具，其中所述倾斜角在40度与50度之间。
48. 根据条项47所述的光学量测工具，其中所述倾斜角为实质上45度。
49. 根据条项44或45所述的光学量测工具，其中所述检测波片包括能够旋转的检测波片。
50. 根据条项44至49中任一项所述的光学量测工具，其中所述检测模式选择器包括全开孔。
51. 根据条项44至50中任一项所述的光学量测工具，其中所述检测模式选择器包括孔轮。
52. 一种确定映射强度度量的方法，所述方法包括：
在多个不同的测量配置中配置根据条项中任一项所述的光学量测工具，所述多个不同的测量配置包括通过将至少一个偏振改变光学元件中的每个分别切换到根据条项21至51中任一项所述的光学量测工具的照射路径中而获得的一个或多个测量配置；
从多个可观察量构建虚拟系统矩阵，每个可观察量对应于所述多个测量配置中的相应测量配置，所述多个可观察量的数目为至少9个。
53. 根据条项52所述的方法，其中所述多个可观察量的数目为至少13个。
54. 根据条项52所述的方法，其中所述多个可观察量的数目为至少15个。
55. 根据条项52所述的方法，其中所述多个可观察量的数目为16个。
56. 根据条项52至55中任一项所述的方法，其中所述方法包括：
检索制造系统矩阵，所述制造系统矩阵包括用于光学量测工具的第一校准数据；
基于所述制造系统矩阵确定用于所述光学量测工具的强度度量；
基于所述制造系统矩阵和所述虚拟系统矩阵，确定用于将所述制造系统的强度度量映射到所述虚拟系统的相应强度度量的权重；和
基于所述权重和所述强度度量确定所述虚拟系统的映射强度度量，以使用所述虚拟系统模拟在所述光学量测工具上对所述强度量度的确定。
57. 根据条项56所述的方法，其中确定所述映射强度度量包括，将所测量的通道强度的逐点线性变换与各个测量通道相结合，所述测量通道由入射-出射偏振、光栅到传感器的旋转度和波长表征。
58. 根据条项57所述的方法，其中确定所述映射强度度量包括，直接从光瞳上的不同点映射各个强度，以及从所述光瞳上的互易点映射相应的强度。
本文公开的概念可以模拟或数学建模用于成像子波长特征的任何通用成像系统，并且对于能够产生越来越短的波长的新兴成像技术可能特别有用。已经使用的新兴技术包括能够使用ArF激光器产生193nm波长，甚至使用氟激光器产生157nm波长的EUV（极紫外）、DUV光刻术。此外，EUV光刻术能够使用同步加速器或者通过用高能电子撞击材料（固体或等离子体）来产生在20nm-5nm的范围内的波长，以便产生在该范围内的光子。
虽然本文公开的概念可以用于在诸如硅晶片的衬底上成像，但应当理解，所公开的概念可以用于任何类型的光刻成像系统（例如，用于在除了硅晶片之外的衬底上成像的光刻成像系统和/或量测系统）。此外，所公开的元件的组合和子组合可以包括单独的实施例。例如，预测复杂的电场图像和确定诸如重叠之类的量测度量可以通过相同的参数化模型和/或不同的参数化模型来执行。这些特征可以包括单独的实施例，和/或这些特征可以在同一实施例中一起使用。
尽管在本文中可以在光刻设备的上下文中具体参考本发明的实施例，但是本发明的实施例可以在其他设备中使用。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、量测设备、或者测量或处理诸如晶片（或其他衬底）或掩模（或其他图案形成装置）的物体的任何设备的一部分。这些设备通常可以称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境（非真空）条件。
尽管上文可能已经在光学光刻的背景中具体参考了本发明的实施例的使用，但是应当理解，本发明不限于光学光刻，并且在上下文允许的情况下，本发明可以在例如压印光刻的其他应用中使用。
尽管上文已经描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，本发明可以以不同于所描述的方式来实践。上文的描述旨在是说明性的，而不是限制性的。因此，对于本领域技术人员将很清楚的是，可以在不脱离下文阐述的权利要求的范围的情况下，对所描述的本发明进行修改。

Claims (15)

1.一种照射模式选择器，所述照射模式选择器用于光学量测工具的照射分支中，所述照射模式选择器包括：
多个照射孔；和
至少一个偏振改变光学元件；
其中所述照射孔中的每个和所述至少一个偏振改变光学元件中的每个都能够单独地切换到所述光学量测工具的照射路径中。
2.根据权利要求1所述的照射模式选择器，其中所述至少一个偏振改变光学元件包括至少一个波片。
3.根据权利要求2所述的照射模式选择器，其中所述至少一个波片包括至少一个四分之一波片。
4.根据权利要求3所述的照射模式选择器，其中所述至少一个波片包括相对于所述光学量测工具的照射偏振分束器的水平偏振轴，以不是90度的整数倍的倾斜角取向的快轴或慢轴。
5.根据权利要求4所述的照射模式选择器，其中所述倾斜角在40度与50度之间。
6.根据权利要求3或4中任一项所述的照射模式选择器，其中所述至少一个波片还包括半波片。
7.根据权利要求3或4中任一项所述的照射模式选择器，还包括线性偏振器，所述线性偏振器相对于所述光学量测工具的照射偏振分束器的水平偏振轴的、以不是90度的整数倍的倾斜角取向。
8.根据权利要求7所述的照射模式选择器，其中每个所述至少一个偏振改变光学元件和所述全开孔被包括在所述照射模式选择器上的连续或相邻位置中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的照射模式选择器，其中所述照射模式选择器包括孔轮，其中所述多个照射孔和所述至少一个偏振改变光学元件各自位于所述孔轮的相应区段中。
10.一种光学量测工具，包括：
照射分支，所述照射分支用于将照射引导到样品，所述照射分支包括具有水平偏振轴的照射偏振分束器；
检测分支，所述检测分支用于检测被所述样品反射和/或散射的所述照射；以及
以下中的一个或两者：所述照射分支中的照射模式选择器和所述检测模式分支中的检测模式选择器；
其中所述照射模式选择器包括：
多个照射孔；和
至少一个偏振改变光学元件；
其中所述照射孔中的每个和所述至少一个偏振改变光学元件中的每个都能够单独地切换到所述光学量测工具的照射路径中；以及
其中所述检测模式选择器包括：
至少一个检测孔；和
至少一个检测偏振改变光学元件；
其中所述至少一个检测孔中的每个和所述至少一个偏振改变光学元件中的每个都能够单独地切换到所述检测分支中，所述检测分支包括具有水平偏振轴的检测偏振分束器。
11.一种确定映射强度度量的方法，所述方法包括：
在多个不同的测量配置中配置根据权利要求中任一项所述的光学量测工具，所述多个不同的测量配置包括通过将所述至少一个偏振改变光学元件中的每个分别切换到根据权利要求10所述的光学量测工具的照射路径中而获得的一个或多个测量配置；
从多个可观察量构建虚拟系统矩阵，每个可观察量对应于所述多个测量配置中的相应测量配置，所述多个可观察量的数目为至少9个。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个可观察量的数目为至少13个。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述方法包括：
找出制造系统矩阵，所述制造系统矩阵包括用于光学量测工具的第一校准数据；
基于所述制造系统矩阵确定用于所述光学量测工具的强度度量；
基于所述制造系统矩阵和所述虚拟系统矩阵，确定用于将所述制造系统的强度度量映射到所述虚拟系统的各自的强度度量的权重；和
基于所述权重和所述强度度量确定所述虚拟系统的映射强度度量，以使用所述虚拟系统模拟在所述光学量测工具上对所述强度量度的确定。
14.根据权利要求13所述的方法，其中确定所述映射强度度量包括：将所测量的通道强度的逐点线性变换与各个测量通道相结合，所述测量通道由入射-出射偏振、光栅到传感器的旋转度和波长表征。
15.根据权利要求14所述的方法，其中确定所述映射强度度量包括：直接从光瞳上的不同点映射各个强度，以及从所述光瞳上的互易点映射相应的强度。
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