CN114270267A - 量测装置及其检测设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于量测装置的检测设备，所述量测装置能够操作以根据已从样本散射的被散射的辐射测量感兴趣的参数。所述检测装置包括检测器，所述检测器包括像素阵列。所述像素阵列包括：成像像素，所述成像像素用于检测图像，所述感兴趣的参数是根据所述图像确定的；和方向检测像素，所述方向检测像素用于检测所述被散射的辐射在所述检测器上的入射角度。

Description

量测装置及其检测设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年8月22日递交的欧洲申请19192986.8的优先权，所述欧洲申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种用于确定衬底上的结构的特性的量测设备或检查设备。本发明还涉及一种用于这样的量测装置的检测设备。
背景技术
光刻设备是被构造成将期望的图案施加至衬底上的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造中。光刻设备可以例如将图案形成装置(例如，掩模)处的图案(通常也被称为“设计布局”或“设计”)投影至设置于衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
为了将图案投影于衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。这种辐射的波长决定可以形成在衬底上的特征的最小尺寸。当前使用的典型波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。相比于使用例如具有193nm的波长的辐射的光刻设备，使用具有在介于4nm至20nm的范围内的波长(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较小的特征。
低k1光刻可以用于处理具有小于光刻设备的经典分辨率极限的尺寸的特征。在这样的过程中，可以将分辨率公式表达为CD＝k1×λ/NA，其中，λ是所使用的辐射的波长，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”(通常是所印制的最小特征尺寸，但在这种情况下是半节距)，并且k1是经验分辨率因子。通常，k1越小，则越难以在衬底上再现类似于由电路设计者规划以实现特定电功能性和性能的形状和尺寸的图案。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。这些步骤包括例如(但不限于)NA的优化、自定义照射方案、使用相移图案形成装置、设计布局的各种优化(诸如设计布局的光学邻近效应校正(OPC，有时也被称为“光学和过程校正”))，或通常定义为“分辨率增强技术”(RET)的其它方法。替代地，用于控制光刻设备的稳定性的严格控制回路可以用于改善低k1下的图案的再现。
在光刻过程中，期望对所产生的结构进行频繁地测量，例如以用于过程控制和验证。用于进行这样的测量的各种工具为已知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的量测设备，诸如散射仪。用于指称这样的工具的一般术语可以是量测设备或检查设备。
量测装置可以使用以计算方式获取的相位以将像差校正应用于由量测装置捕获的图像。用于相位计算的一种所描述的方法使用多个不同的图像，诸如同一目标在不同的聚焦条件下的多个图像。这典型地需要样本(例如，目标)的机械移动和具有较高时间成本的多个图像捕获。此外，假定使样本移动通过焦点等效于使检测器移动通过焦点。这种假定的有效性是可疑的。此外，使这种假定有效的散焦范围可能过短而不能获得用于成功重构的足够信息。
发明内容
期望在量测应用中执行相位获取时减少获取时间且增加生产量。
本发明的实施例公开于权利要求中和实施方式中。
在本发明的第一方面中，提供一种用于量测装置的检测装置，所述量测装置能够操作以根据已从样本散射的被散射的辐射测量感兴趣的参数；所述检测装置包括：检测器，所述检测器包括像素阵列，所述像素阵列包括：成像像素，所述成像像素用于检测图像，所述感兴趣的参数是根据所述图像确定的；和方向检测像素，所述方向检测像素用于检测所述被散射的辐射在所述检测器上的入射角度。
在本发明的第二方面中，提供一种量测装置，所述量测装置包括所述第一方面的检测装置。
附图说明
现在将参考随附示意性附图仅通过示例来描述本发明的实施例，其中，：
-图1描绘光刻设备的示意性概述图；
-图2描绘光刻单元的示意性概述图；
-图3描绘整体光刻的示意性表示图，该示意性表示图表示优化半导体制造的三种关键技术之间的协作；
-图4是散射量测设备的示意性图示；
-图5图示根据本发明的实施例的具有方向检测的检测布置；
-图6图示根据本发明的实施例的方向检测像素集合；
-图7是针对三个相邻方向检测像素的集合的强度相对于入射角度的曲线图，该曲线图图示了在根据本发明的实施例的方法中如何可以从感测到的强度值推断方向；
-图8图示根据本发明的另一实施例的具有方向检测功能的检测布置；并且
-图9是图示可以辅助实施根据本发明的实施例的方法的计算机系统的框图。
具体实施方式
在本文件中，术语“辐射”和“束”用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如，具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和EUV(极紫外辐射，例如具有在介于约5nm至100nm的范围内的波长)。
如本文中所使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以广义地解释为是指可以用于向入射束赋予图案化横截面的通用图案形成装置，所述图案化横截面对应于待在衬底的目标部分中产生的图案。在这样的情境下也可以使用术语“光阀”。除经典掩模(透射或反射、二元、相移、混合式等)外，其它这样的图案形成装置的示例包括可编程反射镜阵列和可编程LCD阵列。
图1示意性地描绘光刻设备LA。光刻设备LA包括：照射系统(也被称为照射器)IL，所述照射系统被配置成调节辐射束B(例如，UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如，掩模台)MT，所述掩模支撑件被构造成支撑图案形成装置(例如，掩模)MA且连接至被配置成根据某些参数来准确地定位所述图案形成装置MA的第一定位器PM；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，所述衬底支撑件构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W且连接至被配置成根据某些参数来准确地定位衬底支撑件的第二定位器PW；和投影系统(例如，折射型投影透镜系统)PS，所述投影系统被配置成将由图案形成装置MA赋予至辐射束B的图案投影至衬底W的目标部分C(例如，包括一个或更多个管芯)上。
在操作中，照射系统IL例如经由束传递系统BD从辐射源SO接收辐射束。照射系统IL可以包括用于引导、成形和/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强度分布。
本文中所使用的术语“投影系统”PS应广义地解释为涵盖适于所使用的曝光辐射和/或适于诸如浸没液体的使用或真空的使用之类的其它因素的各种类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、变形型、磁性型、电磁型和/或静电型光学系统或其任何组合。可以认为本文中对术语“投影透镜”的任何使用都与更上位的术语“投影系统”PS同义。
光刻设备LA可以属于如下类型，其中，衬底的至少一部分可以由具有相对较高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统PS与衬底W之间的空间，这也被称为浸没光刻。在以引用的方式并入本文中的US6952253中给出关于浸没技术的更多信息。
光刻设备LA也可以属于具有两个或更多个衬底支撑件WT(又名“双平台”)的类型。在这样的“多平台”机器中，可以并行地使用衬底支撑件WT，和/或可以对位于衬底支撑件WT中的一个衬底支撑件上的衬底W进行准备衬底W的后续曝光的步骤，同时将另一衬底支撑件WT上的另一衬底W用于在另一衬底W上曝光图案。
除衬底支撑件WT外，光刻设备LA也可以包括测量平台。测量平台被布置以保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置以测量投影系统PS的性质或辐射束B的性质。测量平台可以保持多个传感器。清洁装置可以被布置以清洁光刻设备的部分，例如投影系统PS的一部分或系统的提供浸没液体的一部分。测量平台可以在衬底支撑件WT远离投影系统PS时在投影系统PS下方移动。
在操作中，辐射束B入射在保持在掩模支撑件MT上的图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且通过图案形成装置MA上存在的图案(设计布局)而图案化。在已横穿掩模MA的情况下，辐射束B穿过投影系统PS，所述投影系统PS将束聚焦至衬底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，例如以便在聚焦且对准的位置处在辐射束B的路径中定位不同的目标部分C。类似地，第一定位器PM和可能的另一位置传感器(可能的另一位置传感器未在图1中明确地描绘的)可以用于相对于辐射束B的路径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与衬底W。虽然如所图示的衬底对准标记P1、P2占据专用目标部分，但所述标记可以位于目标部分之间的空间中。衬底对准标记P1、P2位于目标部分C之间时被称为划线对准标记。
如图2中示出，光刻设备LA可以形成光刻单元LC(有时也被称为光刻单元(lithocell)或光刻(litho)簇)的部分，所述光刻单元LC通常也包括用于对衬底W执行曝光前过程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器SC、用于显影曝光后的抗蚀剂的显影器DE、例如用于调节衬底W的温度(例如，用于调节抗蚀剂层中的溶剂)的激冷板CH和焙烤板BK。衬底输送装置或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底W，在不同过程设备之间移动衬底W，并且将衬底W传递至光刻设备LA的进料台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典型地处于轨道控制单元TCU的控制下，所述轨道控制单元TCU自身可以由管理控制系统SCS控制，所述管理控制系统SCS也可以例如经由光刻控制单元LACU控制光刻设备LA。
为了正确且一致地曝光由光刻设备LA曝光的衬底W，期望检查衬底以测量图案化结构的性质，诸如后续层之间的套刻误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。出于这种目的，可以在光刻单元LC中包括检查工具(未示出)。尤其是在同一批量或批次的其它衬底W仍待曝光或处理之前进行检查的情况下，如果检测到误差，则可以例如对后续衬底的曝光或对待对衬底W执行的其它处理步骤进行调整。
也可以被称为量测设备的检查设备用于确定衬底W的性质，并且特别地，确定不同衬底W的性质如何变化或与同一衬底W的不同层相关联的性质在层与层间如何变化。检查设备可以可替代地构造成识别衬底W上的缺陷，并且可以例如为光刻单元LC的部分，或可以集成至光刻设备LA中，或甚至可以是单独的装置。检查设备可以测量潜像(在曝光之后在抗蚀剂层中的图像)的性质，或半潜像(在曝光后焙烤步骤PEB之后在抗蚀剂层中的图像)的性质，或显影后的抗蚀剂图像(其中，抗蚀剂的曝光部分或未曝光部分已被移除)的性质，或甚至蚀刻后的图像(在诸如蚀刻的图案转印步骤之后)的性质。
典型地，光刻设备LA中的图案化过程是在处理中的最关键步骤中的一个最关键步骤，所述一个最关键步骤需要衬底W上的结构的尺寸标定和放置的较高准确度。为了确保这种较高准确度，可以将三个系统组合于图3中示意性地描绘的所谓的“整体”控制环境中。这些系统中的一个系统是光刻设备LA，所述光刻设备(实际上)连接至量测工具MET(第二系统)且连接至计算机系统CL(第三系统)。这种“整体”环境的关键在于优化这三个系统之间的协作以增强总体过程窗口且提供严格的控制回路，以确保由光刻设备LA执行的图案化保持在过程窗口内。过程窗口限定过程参数(例如，剂量、焦距、套刻精度)的范围，特定的制造过程在所述范围内产生所限定的结果(例如，功能性半导体器件)--典型地允许光刻过程或图案化过程中的过程参数在所述范围内变化。
计算机系统CL可以使用待图案化的设计布局(的部分)以预测使用哪些分辨率增强技术且执行计算机光刻模拟和计算，以确定哪些掩模布局和光刻设备设置实现图案化过程的最大总体过程窗口(在图3中由第一标尺SC1中的双箭头描绘)。典型地，分辨率增强技术被布置以匹配光刻设备LA的图案化可能性。计算机系统CL也可以用于检测光刻设备LA当前正在过程窗口内何处操作(例如，使用来自量测工具MET的输入)以预测是否由于例如次优处理而可能存在缺陷(在图3中由第二标尺SC2中指向“0”的箭头描绘)。
量测工具MET可以将输入提供至计算机系统CL以实现准确的模拟和预测，并且可以将反馈提供至光刻设备LA以识别例如光刻设备LA的校准状态中的可能漂移(在图3中由第三标尺SC3中的多个箭头描绘)。
在光刻过程中，期望对所产生的结构进行频繁的测量，例如以用于过程控制和验证。用于进行这样的测量的各种工具为已知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的量测设备，诸如散射仪。已知散射仪的示例常常依赖于专用量测目标的供应，诸如，欠填充的目标(呈简单光栅或不同层中的套刻光栅的形式的目标，该目标足够大使得测量束产生小于光栅的斑)或过填充的目标(从而照射斑部分或完全包含所述目标)。另外，使用量测工具(例如，照射诸如光栅的欠填充的目标的角分辨散射仪)允许使用所谓的重构方法，其中，可以通过模拟被散射的辐射与目标结构的数学模型的相互作用且比较模拟结果与测量的结果来计算光栅的性质。调整模型的参数，直到所模拟的相互作用产生类似于从真实目标观测到的衍射图案的衍射图案。
散射仪是多功能仪器，该多功能仪器允许通过在光瞳或与散射仪的物镜的光瞳共轭的平面中具有传感器来测量光刻过程的参数，所述测量通常被称为基于光瞳的测量，或通过在像平面或与像平面共轭的平面中具有传感器来测量光刻过程的参数，在这种情况下测量通常被称为基于图像或场的测量。以全文引用的方式并入本文中的专利申请US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1，628，164A中进一步描述这样的散射仪和相关联的测量技术。前述散射仪可以在一个图像中使用来自软x射线和可见光至近IR波范围的光来测量来自多个光栅的多个目标。
图4中描绘诸如散射仪的量测设备。所述量测设备包括将辐射5投影至衬底W上的宽带(白光)辐射投影仪2。反射或被散射的辐射10传递至光谱仪检测器4，所述光谱仪检测器4测量镜面反射辐射10的光谱6(即，测量随波长λ变化的强度I)。根据这种数据，产生所检测的光谱的结构或轮廓8可以由处理单元PU重构，例如通过严格耦合波分析和非线性回归或通过与模拟光谱库进行比较来重构。通常，对于重构，结构的一般形式是已知的，并且根据用来制造结构的过程的知识来假定一些参数，从而仅留下结构的几个参数以根据散射测量数据来确定。这种散射仪可以配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。
在第一实施例中，散射仪MT为角分辨散射仪。在这样的散射仪中，重构方法可以应用于所测量的信号以重构或计算光栅的性质。这种重构可以例如由于模拟被散射的辐射与目标结构的数学模型的相互作用且比较模拟结果与测量的结果而产生。调整数学模型的参数，直到所模拟的相互作用产生类似于从真实目标观测到的衍射图案的衍射图案。
在第二实施例中，散射仪MT是光谱散射仪MT。在这样的光谱散射仪MT中，将由辐射源发射的辐射引导至目标上，并且将来自目标的被反射或被散射的辐射引导至光谱仪检测器，所述光谱仪检测器测量镜面反射辐射的光谱(即，测量随波长变化的强度)。根据这种数据，产生所检测的光谱的目标的结构或轮廓可以例如通过严格耦合波分析和非线性回归或通过与模拟光谱库进行比较来重构。
在第三实施例中，散射仪MT是椭圆测量散射仪。椭圆测量散射仪允许通过测量针对每个偏振状态的被散射的辐射来确定光刻过程的参数。这种量测设备通过在量测设备的照射区段中使用例如适当的偏振滤波器来发射(诸如线性、圆形或椭圆)偏振光。适用于量测设备的源也可以提供偏振辐射。在以全文引用的方式并入本文中的US 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中描述了现有的椭圆测量散射仪的各个实施例。
在散射仪MT的一个实施例中，散射仪MT适用于通过测量反射光谱和/或检测配置中的不对称性(所述不对称性与套刻的范围有关)来测量两个未对准的光栅或周期性结构的套刻。可以将两个(典型地，套刻)光栅结构施加于两个不同层(不必是连续层)中，并且所述两个光栅结构可以形成于晶片上大致相同的位置处。散射仪可以具有如例如在共同拥有的专利申请EP1，628，164A中所描述的对称检测配置，使得任何不对称性可以被清楚地识别。这提供用于测量光栅中的未对准的直接的方式。可以在以全文引用方式并入本文中的PCT专利申请公开号WO 2011/012624或US专利申请号US 20160161863中找到关于包含作为目标的周期性结构的两个层之间的套刻误差经由周期性结构的不对称性来测量的另外的示例。
其它感兴趣的参数可以是焦距和剂量。可以通过如以全文引用方式并入本文中的US专利申请US2011-0249244中所描述的散射测量(或替代地通过扫描电子显微)同时确定焦距和剂量。可以使用具有针对焦距能量矩阵(FEM，也被称为焦距曝光矩阵)中的每个点的临界尺寸和侧壁角测量的唯一组合的单个结构。如果可以获得临界尺寸和侧壁角的这些唯一组合，则可以根据这些测量结果唯一地确定焦距和剂量。
量测目标可以是通过光刻过程主要在抗蚀剂中形成且也在例如蚀刻过程之后形成的复合光栅集合。典型地，光栅中的结构的节距和线宽很大程度上依赖于测量光学器件(尤其是光学器件的NA)以能够捕获来自量测目标的衍射阶。如较早所指示的，衍射信号可以用于确定两个层之间的相移(也称为“套刻”)或可以用于重构如由光刻过程产生的原始光栅的至少一部分。这种重构可以用于提供光刻过程的品质的引导，并且可以用于控制光刻过程的至少一部分。目标可以具有被配置成模仿目标中的设计布局的功能性部分的尺寸的较小子区段。由于这种子区段，目标将表现得更类似于设计布局的功能性部分，使得总体的过程参数测量更优选地类似于设计布局的功能性部分。可以在欠填充模式中或在过填充模式中测量目标。在欠填充模式中，测量束产生小于总体目标的斑。在过填充模式中，测量束产生大于总体目标的斑。在这样的过填充模式中，也可能同时测量不同的目标，因此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由用于测量这种光刻参数的测量选配方案来确定。术语“衬底测量选配方案”可以包括测量自身的一个或更多个参数、所测量的一个或更多个图案的一个或更多个参数、或这两者。例如，如果用于衬底测量选配方案中的测量为基于衍射的光学测量，则测量的参数中的一个或更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度、辐射相对于衬底上的图案的定向等。用于选择测量选配方案的准则之一可以例如为测量参数中的一个测量参数对于处理变化的灵敏度。在以全文引用方式并入本文中的US专利申请US2016-0161863和已公开的US专利申请US 2016/0370717A1中描述了更多示例。
在以引用方式并入本文中的US专利公开文本US2019/0107781中已描述使用计算成像/相位获取方法的量测设备。这种量测装置可以使用相对简单的传感器光学器件，该相对简单的传感器光学器件具有普通的或甚至相对常见的像差性能。因而，可以允许传感器光学器件具有像差，并且因此传感器光学器件产生相对有像差的图像。当然，除非做出一些事来补偿这些光学像差的影响，否则简单地允许在传感器光学器件内的较大像差将对图像品质产生不可接受的影响。因此，使用计算成像技术来补偿对传感器光学器件内的像差性能的放宽的负而影响。
在这个方法中，从目标的一个或更多个强度测量获取目标的强度和相位。相位获取可以使用量测目标的先前信息(例如，以包括在形成起点以推导/设计相位获取算法的损失函数中)。替代地，或结合先前的信息方法，可以进行多样性测量。为了实现多样性，在测量之间稍微变更成像系统。多样性测量的示例是跨焦步进，即，通过在不同的焦点位置处获得测量结果。用于引入多样性的替代方法包括例如使用不同的照射波长或不同的波长范围，调节照射，或在测量之间改变照射的在目标上的入射角度。相位获取自身可以基于前述US2019/0107781中或专利申请EP17199764(也以引用方式并入本文中)中所描述的内容。这描述了根据强度测量确定对应的相位获取，使得依据目标的电场或复合场(“复合”在这里意味着存在振幅和相位信息两者)来描述目标与照射辐射的相互作用。强度测量可以具有比常规量测中所使用的所述强度测量更低的品质，并且因此可以是如所描述的离焦。所描述的相互作用可以包括目标正上方的电场和/或磁场的表示。在这种实施例中，借助于在与目标平行的平面中的(例如，二维)表面上的无限小电流和/或磁流偶极子，被照射的目标电场和/或磁场图像被模型化为等效源描述。这种平面可以例如为目标正上方的平面，例如，根据瑞立(Rayleigh)准则的焦点对准的平面，但模型平面的位置不重要：一旦已知一个平面处的振幅和相位，则该振幅和相位可以以计算方式被传播至任何其它平面(焦点对准、离焦或甚至光瞳平面)。替代地，描述可以包括目标或其二维等效物的复合传输。
相位获取可以包括对照射辐射与目标之间的相互作用对衍射辐射的影响进行建模以获得所建模的强度图案；以及优化模型内的电场/复合场的相位和振幅以便最小化所建模的强度图案与所检测的强度图案之间的差异。更特别地，在测量获取期间，在检测器上(在检测平面处)捕获图像(例如，目标的图像)，并且测量其强度。使用相位获取算法来确定在例如与目标平行(例如，目标正上方)的平面处的电场的振幅和相位。相位获取算法使用传感器的前向模型(例如，考虑像差)而以计算方式对目标进行成像，以获得场的在检测平面处的强度和相位的建模值。不需要目标模型。所建模的强度值与所检测的强度值之间的差值依据相位和振幅(例如，迭代地)被最小化，并且将得到的对应的所建模的相位值视为所获取的相位。也以引用方式并入本文中的PCT申请PCT/EP2019/052658中描述了用于在量测应用中使用复合场的特定方法。
在多个焦点水平处连续执行测量花费大量时间。因此获得逐步散焦图像是较慢的，导致测量速度较慢且生产量较低。此外，在使用焦点多样性测量时存在固有的假定，所述假定引起相位获取的不准确性，诸如将样本移动通过焦点等效于将检测器移动通过焦点的假定。因此，本文中所描述的方法消除了对这样的通过焦点的多种测量的需求。
所提出的方法和设备包括使用至少一个方向检测像素集合来检测朝向传感器行进的光线的方向。使用由这些方向检测像素集合给出的信息，可以推断出相位分布且使用所述相位分布来执行图像校正。每个方向检测像素集合可以包括至少一个方向检测像素对，其中，每个像素集合或像素对在彼此相同的附近位置处。
一个或更多个方向检测像素集合可以包括用于检测图像的检测器上的像素的子集。其余像素(成像像素)用于测量信号的图像(例如，强度(和因此振幅))。
因此，提出推断在检测器处的复值场。可以根据由成像像素测量的信号(由成像像素测量的信号用于确定场振幅)与来自方向检测像素的信号(来自方向检测像素的信号用于确定场相位)的组合来推断这种复合场。可能需要执行内插以获得整个复合场，例如，(在由方向检测像素占据的检测器区域处)针对缺失的振幅数据进行内插处理，以及(在由成像像素占据的检测器区域处)针对缺失的相位数据进行内插处理。可以在确定复合场之前对场振幅数据和场相位数据执行这种内插，或对所确定的复合场执行这种内插，以确定整个复合场。
复合场可以被傅立叶变换以到达光瞳平面。透镜像差相位分布与傅立叶变换后的复合场共轭且相乘。接着以数字方式调整散焦像差以便最大化图像品质且校正传感器光学器件像差。
例如，在检测器阵列上的多个(例如，等距间隔开的)位置处，可以提供多个方向检测像素集合；。在实施例中，这些多个方向检测像素集合可以包括像素集合的1维或2维方向检测阵列；其中，例如，方向检测阵列一般包括检测器像素阵列的子阵列。可选地，在方向检测像素集合包括1维阵列的情况下，所述集合的第一子集可以被定向成检测相对于检测器平面的第一轴线的方向，并且所述集合的第二子集可以被定向成检测相对于检测器平面的第二(垂直)轴线的方向。
应注意，术语“方向检测像素”和“成像像素”仅用于区分一个像素集合与另一像素集合。可能两种这些类别的像素将被包括在单个相机或像素阵列上，并且因此将使用相同的基本检测原理(例如，光电二极管或检测强度水平的等效器件)操作。两个类别的像素仅由于像素接收信号的方式(例如，是否经由掩模/微透镜)和/或处理信号的方式而区分开。
所述工作原理与当前许多商业消费相机中所使用的PDAF(相位检测自动聚焦)像素架构的概念具有相似性。在PDAF方案中，分布于传感器区域上的多个像素对用于检测图像是否焦点对准。PDAF通过提供“聚焦像素”而实现，所述聚焦像素为主相机传感器栅格上已经被留出以用于聚焦而不是捕获图像的较小百分比的像素。聚焦像素典型地成对出现。在每个聚焦像素对中，像素在传感器上彼此靠近，并且被部分地遮蔽，使得一个像素仅接收来自透镜的顶部(或左侧)部分的光，而所述对中的另一像素仅接收来自透镜的相反部分的光。由于所述像素对在相同的附近位置处，因此当图像在所述点处焦点对准时，所述像素对应该接收相同量的光。如果所述像素对接收不同量的光，则差值提供关于图像散焦水平的信息。相机接着可以使用这种信息以快速地使透镜聚焦。典型的PDAF系统具有许多散布在传感器区域周围的聚焦像素对(或等效物)，这是因为目标对象(在其上被聚焦的目标对象)不是总是在透镜上的同一位置处。
这种原理用于3D成像应用的扩展公开于以下文献中：“使用偏移像素孔径技术提取深度信息的CMOS图像传感器(CMOS image sensor for extracting depth informationusing offset pixel aperture technique)”，Choi等人；Proc.SPIE 10376，新型光学系统设计和优化(Novel Optical Systems DesignandOptimization)XX，103760Y(2017年8月24日)。该文献以引用的方式并入本文中。特别地，该文献(并且尤其图5和图6，以及该文献的随附文本)描述如何可以使用部分地遮蔽的像素阵列来测量入射辐射在像素阵列上的入射角度。更特别地，该文献描述三个被遮蔽的像素的像素集合：
·使用左偏移像素孔LOPA掩模来遮蔽第一像素；该LOPA掩模即具有偏移至光电二极管左侧的光准入孔的掩模。
·使用右偏移像素孔ROPA掩模来遮蔽第二像素；该ROPA掩模即具有偏移至光电二极管左侧的光准入孔的掩模，以及
·第三像素，所述第三像素被非偏移或居中的光准入孔遮蔽。
针对这些被遮蔽的像素中的每个被遮蔽的像素的、光功率(或强度)相对于入射角度的曲线图示出，LOPA遮蔽像素、ROPA遮蔽像素和非偏移遮蔽像素的每个峰值的位置存在不同的移动(对应于不同的入射角度)。在描述于文献中的特定布置中，LOPA遮蔽像素的峰值点从非偏移遮蔽像素的峰值点移动12°，并且ROPA遮蔽像素的峰值点从非偏移遮蔽像素的峰值点移动-12°。通过比较由这三个(例如，相邻)像素检测的光的强度，可以将入射角度(光方向)分类为12°、0或-12°。也可以根据曲线图确定中间角度。
图5图示根据实施例的量测布置。所述布置很大程度上类似于描述于前述文献US2019/0107781和PCT/EP2019/05265中的布置，描述于前述文献US2019/0107781和PCT/EP2019/05265中的所述布置利用计算相位获取技术来校正更简单的有相差的透镜设计。在图5(a)中，高度简化的示意图示出引导至衬底S上的目标T上的辐射(例如，来自源，未示出)的测量束MB。较高阶衍射辐射DR由物镜OL捕获且引导至检测器D。没有捕获零阶辐射ZR，并且因此所捕获的图像是暗场图像。
遮蔽阵列或遮蔽件阵列OA位于物镜OL与检测器D之间(例如，位于检测器D正前方)。遮蔽阵列OA包括多个掩模集合或遮蔽件集合(应注意，这里术语“掩模”的使用不同于与掩模版同义的同一术语的使用一一为避免混淆，将替代地使用遮蔽件)。每个遮蔽件集合包括部分地遮蔽对应的方向检测像素的多个部分遮蔽件。遮蔽件集合的每个部分遮蔽件具有不同的遮蔽方向、位置或配置(例如，遮蔽件和/或其中的孔相对于其对应的像素的不同位置或偏移)。
检测器D为具有例如二维像素矩阵的多个像素的相机类型检测器。遮蔽件阵列被配置成使得遮蔽件集合被间隔开且像素矩阵的大部分没有被遮蔽。这些未遮蔽像素是成像像素。被遮蔽件集合遮蔽的每个像素集合是方向检测像素集合，每个方向检测像素集合都包括多个方向检测像素。
图5(b)图示可以在检测器上检测的示例图像(或其部分)(例如，当对本领域中众所周知的基于“每方向两个偏压”的衍射的套刻类型的目标进行成像时)。所捕获的图像由阴影区SR表示，在所述阴影区SR中相对于检测器的其余部分检测到较高的强度值(例如，由于衍射辐射DR)。这些阴影区对应于以测量照射轮廓定向的目标衬垫或光栅。检测器像素阵列的子集包括方向检测像素集合DDP，这些方向检测像素集合DDP是被遮蔽件阵列遮蔽的像素。为清楚起见，不单独描绘成像像素。应注意，这仅是示例性布置，并且方向检测像素可以包括与这里所表明的图示不同(例如，较小)比例的检测器像素阵列，和/或可以被不同地布置或间隔开。
每个方向检测像素集合可以包括例如具有对应的遮蔽件集合的像素对，所述对应的遮蔽件集合具有两个不同的遮蔽件偏移；例如，左侧方向检测像素可以具有遮蔽像素检测区域的左侧部分的左侧遮蔽件，并且右侧方向检测像素可以具有被右侧遮蔽件遮蔽的光检测区域的右侧部分。可以在方向检测像素前方使用微透镜阵列(例如，微透镜阵列薄膜)以收集更多光。可以通过提供每个方向检测像素集合的更多的方向检测像素而获得更精确的方向检测。
在实施例中，每个方向检测像素集合可以包括方向检测像素的二维阵列，以允许在检测器平面的两个方向上进行方向检测。在这样的二维布置中，偏移也可以是二维的：例如，四个(2×2)像素阵列可以具有朝向每个拐角的孔偏移，或九个(3×3)像素阵列可以分别具有以下偏移：左上方、上方、右上方、右侧、右下方、下方、左下方、左侧和中心。每个方向检测像素集合的像素的数目最终将是方向/相位检测的准确度或精度与成像区域(成像像素)的随后的损失之间的权衡。在一些实际实施方案中，每个方向检测像素集合可以包括3×3、4×4或5×5的像素阵列。更特别地，假定Mag＝100x的放大率和典型的5μm的像素大小，将存在用于对晶片上的8μm的目标的图像进行取样的800×800个像素。这意味着针对方向检测像素集合，阵列可以包括四个像素至多达实际最大值约100×100个像素。尤其当每个阵列存在大量像素时，方向检测像素的二维阵列不一定为正方形。
图6示出包括方向检测像素集合中的方向检测像素的4×4阵列的示例性布置，所述布置可以检测在两个维度上的方向(和因此相位)。所述布置包括16个偏移孔遮蔽的像素P11至P44(后缀描述像素的在阵列中的位置，其中，仅明确标记四个像素P11、P41、P14、P44)。如由这些像素中的一个像素P33的截面图可以看出，每个像素都包括由偏移像素孔OPA遮蔽的光电二极管PD。每个偏移像素孔OPA的偏移是不同的，使得针对每个像素，孔相对于光电二极管处于不同位置。在实施例(诸如所示出的实施例)中，偏移和因此孔的位置可以对应于所述像素的在阵列中的位置。换句话说，偏移的方向和偏移的幅度对应于像素的在阵列中的位置。
可选地，每个像素也可以包括对应的微透镜ML，所述微透镜ML有助于将更多辐射聚集至每个方向检测像素中(例如，以补偿由于掩模吸收和/或反射而损失的光)。
光线的在这里所考虑的量测应用中的检测器D处的最大角度典型地是1度，并且角度检测的分辨率应该在0.1度的范围内。因此，应该相应地选择像素的大小和焦距。通过使用较大的像素且增加微透镜阵列的焦距，可以线性地增强方向灵敏度。
已提出，诸如图5和图6中所图示的布置，和特别地方向检测像素集合可以用于获取衍射辐射DR的位于(或非常接近于)检测器平面处的相位。
相位获取可以包括使用方向检测像素集合来推断入射辐射的方向的第一步骤。这可以包括使用描述于前述“使用偏移像素孔径技术提取深度信息的CMOS图像传感器”文献中的方法；例如，通过阵列中的哪个传感器检测辐射和/或通过相邻像素所测量的相对强度水平来推断角度。
图7是强度或功率I相对于方向或角度α(如入射在检测器上)的曲线图，该曲线图有助于解释使用诸如图6中所图示的方向检测像素集合来推断方向的方法。所述图示出三个曲线CP1、CP2、CP3，每个曲线分别对应于方向检测像素集合中(在单个方向上)的三个相邻像素。可以看出，曲线CP2针对零角度(正入射)辐射居中，曲线CP2可以对应于奇数(例如，3×3或5×5)方向检测像素阵列中的中心像素(例如，在中心行/列)，其中，曲线CP1、CP3对应于任一侧的像素，在角度α1和α2处具有峰值。因此，可以通过对应像素中的哪个像素检测峰值强度(或超过阈值的强度值)而容易地区分角度0度、α1和α2。可以通过相关的相邻像素感测到的相对强度来推断中间角度；例如，可以通过与CP1和CP2相对应的像素上的相对强度水平(例如，这些像素上的强度水平的比率)来推断介于角度0与α1之间的角度。例如，这两个像素中的每个像素上的相等(非零)的强度水平将指示对应于曲线CP1与曲线CP2的交叉点的角度。技术人员将明白如何将这种概念扩展至超过三个像素和两个维度。
校正图像中的像差所需的关键信息是由方向检测像素集合所确定的光线的方向和由成像像素检测的强度两者。常规的图像传感器仅可以检测光的强度。在这样的概念中，主检测器芯片设置有稀疏地定位于检测器区域上的方向检测像素集合。因此，检测器上的一些实际面积用于检测射线的方向。其余面积用于检测图像，如常规做法那样。保留用于检测方向的面积将小于用于图像检测的面积(例如，总面积的5％至20％用于检测方向)。
将了解，关于强度分布的一些信息由于方向检测像素而损失，并且在强度图像中将存在空的间隙。可以由2D内插填充这些间隙。类似地，来自方向检测像素的方向信息也不完整，并且实际上被相当稀疏地测量。也可以对整个检测器区域内插完整的相位映射，这是因为这种应用中的方向信息在图像区域内相对平滑且缓慢地变化。
因此，一旦在一个或更多个方向检测像素集合处检测到衍射辐射的角度和因此方向，就执行对整个图像的内插以寻找整个图像上的方向。由此，可以推断出相位映射，针对传感器中的像差校正后的图像。可以获得类似的强度映射，并且因此可以从相位映射和振幅映射(例如，振幅映射为强度映射的平方根)的组合获得整个复合场的映射。使用传感器光学器件及其像差的描述或模型(例如，透镜像差相位分布)，然后可以，例如，使用已描述的方法，针对这些像差校正复合场以获得改善后的图像。
图8图示用于执行本地方向检测的另一替代布置。这种方法使用包括微透镜ML阵列的稀疏的微透镜阵列MLA。微透镜阵列为稀疏的，其中，透镜以具有较低占空比(例如，在5％与10％之间)的相对较大的间隔布置。微透镜阵列放置于与检测器平面相距一距离f处，其中，距离f包括微透镜阵列的焦距。归入每个微透镜阵列的像素集合(例如，方向检测像素集合)专用于方向(相位)检测。其余像素用作常规的成像像素。
这种实施例的测量原理不同于针对偏移孔遮蔽的像素所描述的测量原理。落在微透镜上的辐射聚焦至检测器的区域(例如，方向检测像素集合)上，形成亮斑。亮斑的在方向检测像素集合上(例如，在两个维度上)的位置揭示入射在微透镜上的辐射束方向。微透镜阵列是稀疏的，这意味着每个微透镜之间存在较大的间隙；如前所述，被包括在这些间隙中的像素(成像像素)以常规方式测量强度信息。
这种实施例的角度检测的精度可以大致如下估计。假定微透镜直径d为100μm，微透镜的焦距f为1mm，传感器的像素大小PS为5μm，并且辐射波长λ为500nm。这意味着，当角度改变PS/f＝5mrad时，主束移动1个像素。衍射限制斑大小为f*λ/d：＝5μm。由于有限的透镜直径所引起的斑模糊也为f*λ/d，f*λ/d也为5μm。因此，考虑像差，每个透镜可以形成约10μm至15μm的直径的斑(例如，紧凑的孤立斑)。这种斑的峰值可以用1至2个像素的精度确定，所述精度足以以10mrad的精度估计本地相位(方向)。使用峰值的位置的子像素内插，可以获得1mrad的精度。精度受信噪比限制，应该具有良好的信号强度，以准确地检测斑的峰值。方向检测像素集合(或阵列)中的像素的数目可以与前述实施例中相同或类似。
可以了解，这种微透镜的实施例包括放置于与常规图像检测器相距一距离处的稀疏透镜阵列的布置。因此，不需要特殊的检测器芯片制造。相反，第一(偏移孔掩模)实施例是芯片上解决方案，其中，芯片上的微透镜(如果存在)具有用于检测方向的被遮蔽的像素。出于这种目的，这种非常规的图像传感器需要特殊制造。
在图像获取之后，产生两个图像：来自方向检测像素集合的低分辨率相位变化图像和来自成像像素的常规图像。对低分辨率相位变化图像进行外插处理以产生高分辨率的相位映射。这种映射可以用作校正图像的像差的迭代算法中的初始估计。
必须注意，这种技术与全光相机的技术不同。在全光相机中，根据每个微透镜产生本地光瞳图像。本地光瞳图像的2D集合被称为4D光场。在这样的建议中，稀疏地进行基于微透镜的角度检测，并且不测量这样的4D光场。
图9是图示可以辅助实施本文中所公开的方法和流程的计算机系统1600的框图。计算机系统1600包括总线1602或用于通信信息的其它通信机构，和与总线1602耦接以用于处理信息的处理器1604(或多个处理器1604和1605)。计算机系统1600还包括耦接至总线1602以用于储存将要由处理器1604执行的信息和指令的主存储器1606，诸如随机存取存储器(RAM)或其它动态储存装置。主存储器1606也可以用于在执行将要由处理器1604执行的指令期间储存暂时性变量或其它中间信息。计算机系统1600还包括耦接至总线1602以用于储存用于处理器1604的静态信息和指令的只读存储器(ROM)1608或其它静态储存装置。提供诸如磁盘或光盘的储存装置1610，并且储存装置1610耦接至总线1602以用于储存信息和指令。
计算机系统1600可以经由总线1602耦接至用于向计算机用户显示信息的显示器1612，诸如阴极射线管(CRT)或平板显示器或触控面板显示器。包括字母数字按键和其它按键的输入装置1614耦接至总线1602以用于将信息和命令选择通信至处理器1604。另一类型的用户输入装置是用于将方向信息和命令选择通信至处理器1604且用于控制显示器1612上的光标移动的光标控制件1616，诸如，鼠标、轨迹球或光标方向按键。这种输入装置典型地具有在两个轴(第一轴(例如，x)和第二轴(例如，y))上的两个自由度，该两个自由度允许所述装置指定平面中的位置。触控面板(屏幕)显示器也可以用作输入装置。
如本文中所描述的方法中的一个或更多个可以由计算机系统1600响应于处理器1604执行主存储器1606中所包含的一个或更多个指令的一个或更多个序列而执行。可以将这些指令从另一计算机可读介质(诸如储存装置1610)读取至主存储器1606中。主存储器1606中包含的指令序列的执行使得处理器1604执行本文中所描述的过程步骤。呈多处理布置的一个或更多个处理器也可以用以执行主存储器1606中包含的指令序列。在替代实施例中，可以代替或组合软件指令来使用硬连线电路。因此，本文中的描述不限于硬件电路与软件的任何特定组合。
如本文中所使用的术语“计算机可读介质”是指参与将指令提供至处理器1604以供执行的任何介质。这样的介质可以呈许多形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，诸如储存装置1610。易失性介质包括动态存储器，诸如主存储器1606。传输介质包括同轴缆线、铜线和光纤，传输介质包括包含总线1602的电线。传输介质也可以采取声波或光波的形式，诸如，在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间产生的声波或光波。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、挠性磁盘、硬盘、磁带、任何其它磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其它光学介质、打孔卡、纸带、具有孔图案的任何其它实体介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其它存储器芯片或卡匣、如下文所描述的载波，或可以供计算机读取的任何其它介质。
可以在将一个或更多个指令的一个或更多个序列承载至处理器1604以供执行时涉及各种形式的计算机可读介质。例如，初始地可以将指令承载于远程计算机的磁盘上。远程计算机可以将指令加载至其动态存储器中，并且使用调制解调器经由电话线来发送指令。在计算机系统1600本地的调制解调器可以接收电话线上的数据，并且使用红外传输器将数据转换成红外信号。耦接至总线1602的红外检测器可以接收红外信号中所承载的数据且将数据放置于总线1602上。总线1602将数据承载至主存储器1606，处理器1604从所述主存储器1606获取和执行指令。由主存储器1606接收的指令可以可选地在由处理器1604执行之前或之后储存在储存装置1610上。
计算机系统1600还优选地包括耦接至总线1602的通信接口1618。通信接口1618提供与连接至局域网1622的网络链路1620耦接的双向数据通信耦合。例如，通信接口1618可以是综合业务数字网(ISDN)卡或调制解调器以提供与对应类型的电话线的数据通信连接。作为另一示例，通信接口1618可以是局域网(LAN)卡以提供与兼容LAN的数据通信连接。也可以实施无线链路。在任何这样的实施方案中，通信接口1618发送且接收承载表示各种类型的信息的数字数据流的电信号、电磁信号或光信号。
网络链路1620典型地经由一个或更多个网络提供与其它数据装置的数据通信。例如，网络链路1620可以通过局域网1622提供与主计算机1624的连接或与由因特网服务提供商(ISP)1626操作的数据装备的连接。ISP 1626又经由全球封包数据通信网络(现在通常被称为“因特网”)1628来提供数据通信服务。局域网1622和因特网1628两者都使用承载数字数据流的电信号、电磁信号或光信号。经由各种网络的信号和在网络链路1620上且经由通信接口1618的信号(所述信号将数字数据承载至计算机系统1600和从计算机系统1600承载数字数据)是输送信息的载波的示例性形式。
计算机系统1600可以通过网络、网络链路1620和通信接口1618发送消息、且接收包括程序代码的数据。在因特网示例中，服务器1630可能经由因特网1628、ISP 1626、局域网1622和通信接口1618传输用于应用程序的经请求的程序代码。例如，一种这样的被下载的应用程序可以提供本文中所描述的技术中的一个或更多个。所接收的代码可以在其被接收时由处理器1604执行，和/或储存在储存装置1610或其它非易失性储存器中以供稍后执行。以这种方式，计算机系统1600可以获得呈载波形式的应用代码。
在随后的编号方面中公开其它实施例：
1.一种用于量测装置的检测设备，所述检测设备能够操作以根据已从样本散射的被散射的辐射来测量感兴趣的参数；所述检测装置包括：
检测器，所述检测器包括像素阵列，所述像素阵列包括：成像像素，所述成像像素用于检测图像，所述感兴趣的参数是根据所述图像确定的；和方向检测像素，所述方向检测像素用于检测所述被散射的辐射在所述检测器上的入射角度。
2.根据方面1所述的检测设备，其中，所述方向检测像素包括在所述检测器上间隔开的多个方向检测像素集合，每个方向检测像素集合用于检测该方向检测像素集合本地的所述入射角度。
3.根据方面2所述的检测设备，其中，所述方向检测像素集合被放置成二维栅格的形式。
4.根据方面2或3所述的检测设备，其中，每个方向检测像素集合包括方向检测像素的一维阵列。
5.根据方面4所述的检测设备，其中，所述方向检测像素集合包括它的两个子集，一个子集垂直于另一子集定向，所述两个子集用于检测位于检测器平面的两个维度上的方向。
6.根据方面2或3所述的检测设备，其中，每个方向检测像素集合包括方向检测像素的二维阵列，所述方向检测像素的二维阵列用于检测位于检测器平面的两个维度上的方向。
7.根据方面2至6中任一项所述的检测设备，其中，每个方向检测像素包括相应的遮蔽件，所述相应的遮蔽件将所述像素与所述被散射的辐射部分地遮蔽开。
8.根据方面7所述的检测设备，其中，方向检测像素集合包括具有相应的遮蔽件的方向检测像素，每个遮蔽件具有用于允许一些入射辐射进入的孔，其中，每个孔相对于其对应的像素具有不同的偏移或位置。
9.根据方面8所述的检测设备，其中，每个孔的偏移或位置对应于所述相应的像素在其方向检测像素集合内的定位。
10.根据方面7至9中任一项所述的检测设备，其中，所述方向检测像素中的每个方向检测像素包括位于遮蔽件之前的相应的微透镜。
11.根据方面2至6中任一项所述的检测设备，其中，每个方向检测像素集合具有相应的微透镜，所述相应的微透镜被定位成使所述被散射的辐射朝向所述方向检测像素集合聚焦。
12.根据方面11所述的检测设备，其中，每个微透镜被定位在与其相应的方向检测像素集合相距一距离处，所述距离包括微透镜的焦距。
13.根据方面11或12所述的检测设备，其中，所述微透镜形成以低于10％的占空比稀疏地隔开的微透镜的阵列。
14.根据方面7至10中任一项所述的检测设备，其中，所述检测设备包括处理器，所述处理器能够操作以确定方向检测像素集合的一个或更多个方向检测像素根据其检测到超过阈值的强度值的所述被散射的辐射的入射角度。
15.根据方面14所述的检测设备，其中，所述处理器能够操作以根据在方向检测像素集合中的至少两个相应的方向检测像素上所检测到的相对强度水平来确定所述被散射的辐射的入射角度。
16.根据方面11至13中任一项所述的检测设备，其中，所述检测设备包括处理器，所述处理器能够操作以根据由所述微透镜聚焦在所述方向检测像素集合上的斑的位置来确定所述被散射的辐射的入射角度。
17.根据方面14至16中任一项所述的检测设备，其中，所述处理器能够操作以基于来自所述方向检测像素集合中的每个方向检测像素本地的入射角度的确定值，在由所述检测器捕获的图像上执行内插，以对入射角度或根据所述入射角度确定的相位值进行内插处理；以及
使用内插步骤的结果来确定描述所述被散射的辐射在所述检测器处的相位的相位映射。
18.根据方面17所述的检测设备，其中，所述处理器能够操作以使用所述相位映射和由所述成像像素捕获的图像数据来确定所述被散射的辐射在所述检测器处的复值场。
19.根据方面18所述的检测设备，其中，所述检测设备包括用于捕获所述被散射的辐射的传感器光学器件；以及
所述处理器能够操作以使用所述复值场来校正所述传感器光学器件中的像差。
20.一种量测装置，所述量测装置包括根据任一前述方面所述的检测设备。
21.一种光刻单元，所述光刻单元包括：
根据方面20所述的量测装置，所述量测装置用于执行测量，根据所述测量确定用于光刻过程的校正；和
光刻设备，所述光刻设备能够操作以根据所述校正来执行所述光刻过程。
22.一种光刻设备，所述光刻设备包括量测模块，所述量测模块包括根据方面1至19中任一项所述的检测设备。
虽然可以在本文中具体地参考在IC制造中的光刻设备的使用，但应理解，本文中所描述的光刻设备可以具有其它应用。可能的其它应用包括制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。
虽然可以在本文中具体地参考在检查或量测设备的情境下的本发明的实施例，但本发明的实施例可以用于其它设备。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、光刻设备或测量或处理诸如晶片(或其它衬底)或掩模(或其它图案形成装置)的对象的任何设备的部分。术语“量测设备”也可以指检查设备或检查系统。例如，包括本发明的实施例的检查设备可以用以检查衬底的缺陷或衬底上的结构的缺陷。在这样的实施例中，衬底上的结构的感兴趣的特性可能涉及结构中的缺陷、结构的特定部分的不存在、或衬底上的非所需结构的存在。
虽然特别提及“量测设备/工具/系统”或“检查设备/工具/系统”，但这些术语可以指相同或类似类型的工具、设备或系统。例如，包括本发明的实施例的检查或量测设备可以用于确定衬底上或晶片上的结构的特性。例如，包括本发明的实施例的检测设备或量测设备可以用于检测衬底的缺陷或衬底上或晶片上的结构的缺陷。在这样的实施例中，衬底上的结构的感兴趣的特性可能涉及结构中的缺陷、结构的特定部分的不存在、或衬底上或晶片上的不想要的结构的存在。
虽然上文可以具体地参考本发明的实施例的在光学光刻术的情境下的使用，但应了解，本发明在情境允许的情况下不限于光学光刻术且可以用于例如压印光刻术的其它应用。
虽然上述目标或目标结构(更通常地，衬底上的结构)是出于测量的目的而特定设计和形成的量测目标结构，但在其它实施例中，可以在作为形成在衬底上的器件的功能性部分的一个或更多个结构上测量感兴趣的性质。许多器件具有规则的类光栅结构。如本文中所使用的术语结构、目标光栅和目标结构不要求已经特别地针对正执行的测量来提供结构。另外，量测目标的节距P可以接近于散射仪的光学系统的分辨率极限或可能是更小的，但可以远大于目标部分C中通过光刻过程制得的典型产品特征的尺寸。在实践中，可以使目标结构内的套刻光栅的线和/或空间包括在尺寸上类似于产品特征的较小的结构。
虽然上文已描述本发明的特定实施例，但应了解，可以以与所描述的方式不同的其它方式来实践本发明。以上描述意图是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域技术人员将明白，可以在不背离下文所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)

1.一种用于量测装置的检测设备，所述量测装置能够操作以根据已从样本散射的被散射的辐射测量感兴趣的参数；所述检测装置包括：
检测器，所述检测器包括像素阵列，所述像素阵列包括：成像像素，所述成像像素用于检测图像，所述感兴趣的参数是根据所述图像确定的；和方向检测像素，所述方向检测像素用于检测所述被散射的辐射在所述检测器上的入射角度。
2.根据权利要求1所述的检测设备，其中，所述方向检测像素包括在所述检测器上间隔开的多个方向检测像素集合，每个方向检测像素集合用于检测位于该方向检测像素集合本地的所述入射角度。
3.根据权利要求2所述的检测设备，其中，所述方向检测像素集合被放置成二维栅格的形式。
4.根据权利要求2或3所述的检测设备，其中，每个方向检测像素集合包括方向检测像素的一维阵列，
其中，可选地，所述方向检测像素集合包括它的两个子集，一个子集垂直于另一子集定向，所述两个子集用于检测位于检测器平面的两个维度上的方向。
5.根据权利要求2或3所述的检测设备，其中，每个方向检测像素集合包括方向检测像素的二维阵列，以用于检测位于检测器平面的两个维度上的方向。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的检测设备，其中，每个方向检测像素包括相应的遮蔽件，所述相应的遮蔽件将所述像素与所述被散射的辐射部分地遮蔽开；
其中，可选地，方向检测像素集合包括具有相应的遮蔽件的方向检测像素，每个遮蔽件具有用于允许一些入射辐射进入的孔，其中，每个孔相对于其对应的像素具有不同偏移或位置，
其中，可选地，每个孔的偏移或位置对应于所述相应的像素在其方向检测像素集合内的定位。
7.根据权利要求6所述的检测设备，其中，所述方向检测像素中的每个方向检测像素包括位于所述遮蔽件之前的相应的微透镜。
8.根据权利要求2至5中任一项所述的检测设备，其中，每个方向检测像素集合具有相应的微透镜，所述相应的微透镜被定位成使所述被散射的辐射朝向所述方向检测像素集合聚焦。
9.根据权利要求8所述的检测设备，其中，每个微透镜被定位在与其相应的方向检测像素集合相距一距离处，所述距离包括微透镜的焦距。
10.根据权利要求8或9所述的检测设备，其中，所述微透镜形成以低于10％的占空比稀疏地隔开的微透镜的阵列。
11.根据权利要求6或7所述的检测设备，其中，所述检测设备包括处理器，所述处理器能够操作以确定方向检测像素集合的一个或更多个方向检测像素根据其检测到超过阈值的强度值的所述被散射的辐射的入射角度，
其中，可选地，所述处理器能够操作以根据在方向检测像素集合中的至少两个相应的方向检测像素上所检测的相对强度水平来确定所述被散射的辐射的入射角度。
12.根据权利要求8至10中任一项所述的检测设备，其中，所述检测设备包括处理器，所述处理器能够操作以根据由所述微透镜聚焦在所述方向检测像素集合上的斑的位置来确定所述被散射的辐射的入射角度。
13.根据权利要求11或12所述的检测设备，其中，所述处理器能够操作以基于来自所述方向检测像素集合中的每个方向检测像素集合本地的入射角度的确定值，在由所述检测器捕获的图像上执行内插，以对入射角度或根据所述入射角度确定的相位值进行内插处理；以及
使用内插步骤的结果来确定描述所述被散射的辐射在所述检测器处的相位的相位映射，
其中，可选地，所述处理器能够操作以使用所述相位映射和由所述成像像素捕获的图像数据来确定所述被散射的辐射在所述检测器处的复值场，
其中，可选地，所述检测设备包括用于捕获所述被散射的辐射的传感器光学器件；并且所述处理器能够操作以使用所述复值场来校正所述传感器光学器件中的像差。
14.一种量测装置，所述量测装置包括根据任一前述权利要求所述的检测设备。
15.一种光刻单元，所述光刻单元包括：
根据权利要求14所述的量测装置，所述量测装置用于执行根据其确定用于光刻过程的校正的测量；和
光刻设备，所述光刻设备能够操作以根据所述校正来执行所述光刻过程。
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