表面特征映射的制作方法

表面特征映射的制作方法
【专利摘要】本文中所提供的是一种装置，包括用于将光子发射到物品的表面上的光子发射装置；用于检测从物品的表面中的特征散射的光子的光子检测装置；以及用于映射物品的表面中的特征的映射装置，其中此装置被配置成每100秒处理多于一个物品。
【专利说明】表面特征映射 交叉引用
[0001] 本申请要求2012年5月9日提交的美国临时专利申请No. 61/644,998的权益。

【背景技术】
[0002] 在生产线上制造的物品可被检查某些特征，包括可降级物品或包括该物品的系统 的性能的缺陷。例如，硬盘驱动器的硬盘可在生产线上被制造并且可被检查某些表面特征， 包括可降级硬盘或硬盘驱动器的性能的表面和次表面缺陷。因此，应得可操作以检查物品 的特征（诸如缺陷）的装置和方法。


【发明内容】

[0003] 本文中所提供的是一种装置，包括用于将光子发射到物品的表面上的光子发射装 置；用于检测从物品的表面中的特征散射的光子的光子检测装置；以及用于映射物品的表 面中的特征的映射装置，其中此装置被配置成每100秒处理多于一个物品。
[0004] 参考以下附图、描述以及所附权利要求书将更佳地理解本发明的这些和其它特征 和方面。

【专利附图】

【附图说明】
[0005] 图1提供了根据实施例的示出了物品的表面特征的检测的示意图。
[0006] 图2提供了根据实施例的示出了从物品的表面特征散射的光子的示意图。
[0007] 图3提供了根据实施例的示出了从物品的表面特征散射的光子通过光学部件并 到光子检测器阵列上的示意图。
[0008] 图4提供了根据实施例的物品的表面特征的映射的图像。
[0009] 图5提供了图4所提供的表面特征的映射的特写图像。
[0010] 图6A(顶部）提供了来自图5所提供的映射的表面特征的特写图，并且图6A(底 部）提供了表面特征的光子散射强度分布。
[0011] 图6B(顶部）提供了来自图6A的表面特征的像素插值图像，并且图6B(底部）提 供了表面特征的像素插值的光子散射强度分布。 描述
[0012] 在更详细地描述本发明的实施例之前，由具有本发明所属领域的普通技术的人员 应当理解，本发明不限于本文中所描述和/或示出的特定实施例，因为这些实施例中的元 素可变化。同样地应当理解，本文中所描述和/或示出的特定实施例具有可容易地与特定 实施例分开并可选地与若干其它实施例中的任何一个进行结合或代替本文中所描述的若 干其它实施例中的任何一个中的元素的元素。
[0013] 由具有本发明所属领域的普通技术的人员也应当理解，这里所用的术语是出于描 述本发明的特定实施例的目的，并且该术语不旨在是限制性的。除非另外说明，序数（例 如，第一、第二、第三等）被用于区分或识别一组元件或步骤中的不同元件或步骤，并且不 在所声称的发明的元件或步骤或本发明的特定实施例上提供序列或数值限制。例如"第 一"、"第二"和"第三"元件或步骤不需要必须以该顺序出现，并且所声称的发明或本发明的 特定实施例不需要必须被限制于三个元件或步骤。还应当理解，除非另外说明，任何标记， 诸如"左"、"右"、"前"、"后"、"顶"、"底"、"正向"、"反向"、"顺时针"、"逆时针"、"上"、"下"或 其它类似的术语，诸如"上部"、"下部"、"尾部"、"头部"、"垂直的"、"水平的"、"近端的"、"远 端的"等等是为了方便而使用并且不旨在意味着，例如，任何特定的固定位置、取向或方向。 相反，这些标记被用于反映，例如，相对位置、取向或方向。还应当理解，"一"、"一种"以及 "该"的单数形式包括复数引用，除非上下文明确地指出相反情况。
[0014] 除非另外定义，否则本文所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的 普通技术人员所共知的一样的意思。
[0015] 在生产线上制造的物品可被检查某些特征，包括可降级物品或包括该物品的系统 的性能的缺陷。例如，硬盘驱动器的硬盘可在生产线上被制造并且可被检查某些表面特征， 包括可降级硬盘或硬盘驱动器的性能的表面和次表面缺陷。本文中所提供的是用于检查物 品以检测和/或映射某些表面特征（诸如表面和/或次表面缺陷）的装置和方法。现在将 更详细地描述本发明的实施例。
[0016] 关于可利用本文中的装置和方法进行检查的物品，这些物品包括具有一个或多个 光学平滑表面的任何制品或其在制造的任何阶段中的工件，其示例包括但不限于半导体晶 片、磁记录介质（例如，硬盘驱动器的硬盘）以及其在制造的任何阶段中的工件。这些物品 可被检查某些特征，包括可降级物品的性能的表面和/或次表面缺陷，其中表面和/或次表 面缺陷包括颗粒和污点污染，以及包括划痕和空隙的缺陷。关于颗粒污染，例如，捕获在硬 盘驱动器的中间硬盘（即，工件）的表面上的颗粒可损坏随后溅射的膜。颗粒污染还可污 染硬盘驱动器的已完成的表面，导致划痕形成、碎片生成以及硬盘和读写头之间的间距的 破坏。这样，利用本文的装置和方法检查物品以纠正导致表面和/或次表面缺陷的制造趋 势并且增加产品质量是重要的。
[0017] 图1提供了根据实施例的物品的表面特征的检测和/或映射的示意图，该示意图 示出了装置100,装置100包括光子发射器110、光学设置120、光子检测器阵列130和映射 装置140以及物品150和物品150的表面的表面特征映射160 ;然而，本发明的物品和装置 以及本发明的方法不限于图1中的实施例，因为本发明的附加实施例可通过本文中更详细 描述的特征来实现。
[0018] 用于物品的表面特征的检测和/或映射的装置可包括单个光子发射器（例如，参 见图1的光子发射器110)或多个光子发射器，其可被用于将光子发射到物品的表面（诸如 物品的整个表面或物品的表面的某个预定部分（例如，如果需要，用于物品的分级旋转以 用于分段检查））上。在一些实施例中，例如，此多个光子发射器可包括至少2、3、4、5、6、7、 8、9或10个光子发射器。在一些实施例中，例如，此多个光子发射器可包括不超过10、9、8、 7、6、5、4、3或2个光子发射器。前述内容的组合也可被用于描述此多个光子发射器。在一 些实施例中，例如，此多个光子发射器可包括至少2个光子发射器并且不超过10个光子发 射器（例如，在2和10个光子发射器之间），诸如至少2个光子发射器并且不超过5个光子 发射器（例如，在2和5个光子发射器之间）。此外关于此多个光子发射器，此多个光子发 射器中的每一个光子发射器可以是相同的或不同的或它们的某种组合（例如，至少2个相 同的光子发射器，而其余的光子发射器是不同的；至少3个相同的光子发射器，而其余的光 子发射器是不同的；等等）。
[0019]无论用于物品的表面特征的检测和/或映射的装置包括单个光子发射器或多个 光子发射器，每一光子发射器可针对一种或多种类型的特征以优化的距离和/或优化的角 度将光子发射到物品的表面上，这些类型的特征在本文中被更详细地描述。针对一种或多 种类型的特征进行优化的角度可等于入射角，该入射角是包含入射在物品的表面上的发射 光子的光线和光线所入射在的点处的法线（即，垂直于物品的表面的线）之间的角度。图 2提供了包括入射在物品150的表面152上的发射光子的若干光线，该若干光线与相对于 表面的法线形成入射角。光子发射器可被优化成以从0°到90°的范围的入射角发射光 子，其中0°的入射角表示光子发射器从物品的一侧将光子发射到物品的表面上，并且其中 90°的入射角表不光子发射器从物品的正上方将光子发射到物品的表面上。在一些实施例 中，例如，光子发射器可将光子发射到物品的表面上从而使得入射角至少是0°、5°、10°、 15。 、20。 、25。 、30。 、35。 、40。 、45。 、50。 、55。 、60。 、65。 、70。 、75。 、80。 、85。或 90°。在一些实施例中，例如，光子发射器可将光子发射到物品的表面上从而使得入射角 不超过 90°、85。、80。、75。、70。、65。、60。、55。、50。、45。、40。、35。、30。、25。、 20°、15°、10°或5°。前述内容的组合也可被用于描述光子发射器可将光子发射到物品 的表面上的入射角。在一些实施例中，例如，光子发射器可将光子发射到物品的表面上从而 使得入射角为包括至少45°并且不超过90° (S卩，在45°和90°之间）的至少0°并且不 超过90° (S卩，在0°和90°之间），诸如至少0°并且不超过45° (S卩，在0°和45°之 间）。
[0020] 可选地与一个或多个附加光子发射器结合，并且进一步可选地与一个或多个相同 类型的附加光子发射器结合的光子发射器可将光子发射到物品的表面（诸如整个表面或 表面的某个预定部分（例如，如果需要，用于物品的分级旋转以用于分段检查））上。可选 地与一个或多个附加光子发射器结合，并且进一步可选地与一个或多个相同类型的附加光 子发射器结合的光子发射器可进一步将光子发射到物品的整个表面上或表面的某个预定 部分上从而使得整个表面或表面的此预定部分被均匀地或同质地照明。均匀地照明物品 的整个表面或表面的某个预定部分包括但不限于使物品的整个表面或物品的表面的某个 预定部分经受相同或大约相同的每单位时间光子能量（例如，光子功率或光子通量）和/ 或每单位面积光子功率（例如，光子通量密度）。在辐射术语中，均匀地照明包括但不限于 使物品的整个表面或物品的表面的某个预定部分经受相同或大约相同的每单位时间辐射 能（例如，辐射功率或辐射通量）和/或每单位面积辐射功率（例如，辐照度或辐射通量密 度）。
[0021] 理解到光子是电磁辐射或光的基本粒子，光子发射器或光源可提供包括相对宽的 波长范围（例如，紫外-可见、可见、红外等）、相对窄的波长范围（例如，紫外的细分诸如 UVA、UVB、UVC等；可见的细分诸如红、绿、蓝等；红外的细分诸如近红外、中红外等）或特定 的波长（例如，单色）的光；包括相对宽的频率范围（例如，紫外-可见、可见、红外等）、相 对窄的频率范围（例如，紫外的细分诸如UVA、UVB、UVC等；可见的细分诸如红、绿、蓝等；红 外的细分诸如近红外、中红外等）或特定的频率（例如，单色）的光；偏振（例如，线性偏 振、圆偏振等）光、部分偏振光或非偏振光；和/或从相干光（例如，激光）到非相干光的范 围的具有不同程度的时间和/或空间相干性的光。如本文中所讨论的，光子发射器或光源 可与光学设置的一个或多个光学部件结合使用以提供具有前述品质中的任何一个的光。
[0022] 鉴于前述内容，光子发射器或光源可包括被配置成在利用光子检测器阵列检测从 物品的表面中的特征散射的光子时最小化振动的灯（诸如包括高速闪光灯的闪光灯）。在 一些实施例中，例如，光子发射器或光源可包括高速Xe(氙）闪光灯（诸如500WXe闪光 灯）以在利用光子检测器阵列检测从物品的表面中的特征散射的光子时最小化振动。
[0023] 同样鉴于前述内容，光子发射器或光源可包括诸如激光器（包含激光器的组合） 之类的准直光源，该准直光源被配置成以一个或多个角度将光子发射到物品的表面上。在 一些实施例中，例如，激光器的组合可被提供至激光束整形器从而使得激光器的组合以一 个角度将光子发射到物品的表面上。在一些实施例中，例如，激光器的组合可被提供至激 光束整形器从而使得激光器的组合以多个角度将光子发射到物品的表面上。在一些实施例 中，例如，至少2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28或30个激光器（或更多）可被提 供至激光束整形器从而使得激光器的组合以一个或多个角度将光子发射到物品的表面上。 在一些实施例中，例如，不超过30、28、26、24、22、20、18、16、14、12、10、8、6、4或2个激光器 可被提供至激光束整形器从而使得激光器的组合以一个或多个角度将光子发射到物品的 表面上。前述内容的组合也可被用于描述被提供至激光束整形器的激光器的组合。在一些 实施例中，例如，至少2个激光器并且不超过30个激光器（例如，在2和30个激光器之间） (诸如包括至少20个激光器并且不超过30个激光器（例如，在20和30个激光器之间）并 且进一步包括至少24个激光器并且不超过28个激光器（例如，在24和28个激光器之间） 的至少10个激光器并且不超过30个激光器（例如，在10和30个激光器之间））可被提供 至激光束整形器从而使得激光器的组合以一个或多个角度将光子发射到物品的表面上。
[0024] 进一步鉴于前述内容，光子发射器或光源可包括被配置成将光子发射到物品的表 面上的二维光源，诸如包括点光源的线性组合、弧形组合等的点光源的组合。在一些实施例 中，例如，二维光源可包括至少 10、20、40、60、80、100、110、120、140、160、180 或 200(或更 多）个点光源的组合。在一些实施例中，例如，二维光源可包括不超过200、180、160、140、 120、100、80、60、40、20或10个点光源的组合。前述内容的组合也可被用于描述包括点光 源的组合的二维光源。在一些实施例中，例如，二维光源可包括至少10并且不超过200 (例 如，在10和200之间）个点光源（诸如包括至少60并且不超过140 (例如，在60和140之 间）个点光源并且进一步包括至少80并且不超过120 (例如，在80和120之间）个点光源 的至少40并且不超过160 (例如，在40和160之间）个点光源）的组合。这种点光源可被 线性地组合以形成二维光源，诸如条形光。这种点光源可被弧形地组合以形成二维光源，诸 如环形光。在一些实施例中，例如，光子发射器或光源可包括包含至少60个点光源的二维 光源，诸如包含至少60个点光源的环形光，其中包括包含至少60个发光二极管（"LED"） 的环形光，并且进一步包括包含至少100个LED的环形光。包含LED的二维光源可包括白 光LED，其中每一LED具有至少10mW的功率。基于LED的环形光可增强特征，诸如物品的表 面中的划痕（例如，圆周划痕）和/或空隙，尤其当基于LED的环形光被配置成以较低角度 (例如，入射角等于或小于45° )将光子发射到物品的表面上时。
[0025] 用于物品的表面特征的检测和/或映射的装置可进一步包括光学设置（例如，参 见图1的光学设置120)，该光学设置可操纵从一个或多个光子发射器发射的光子和/或从 物品的表面特征散射的光子。理解到光子是电磁辐射或光的基本粒子，光学设置可操纵从 一个或多个光子发射器发射的光和/或从物品的表面特征散射的光。光学设置可包括置于 物品之前的光路中的若干光学部件中的任何一个从而使得光学部件可被用于在均匀地或 同质地照明物品的整个表面或物品的表面的预定部分之前，操纵从一个或多个光子发射器 发射的光子/光。光学设置可包括置于物品之后的光路中的若干光学部件中的任何一个从 而使得光学部件可被用于操纵从物品的表面中的特征散射的光子/光。前述光学部件可包 括但不限于诸如透镜、镜以及滤波器之类的光学部件。关于诸如滤波器之类的光学部件，这 样的滤波器可包括，例如，波形滤波器和偏振滤波器。波形滤波器可与本文中所描述的光子 发射器结合使用以提供包括相对宽的波长/频率范围、相对窄的波长/频率范围或特定的 波长/频率的光。偏振滤波器可与本文中所描述的光子发射器结合使用以提供包括偏振 光、部分偏振光或非偏振光的期望的偏振的光。
[0026] 用于物品的表面特征的检测和/或映射的装置的光学设置可包括单个透镜或多 个透镜，包括但不限于耦合至用于收集并检测从物品的表面中的特征散射的光子的光子检 测器阵列（例如，图1的光子检测器阵列130)的透镜的组合。耦合至光子检测器阵列的 透镜可以是物镜，诸如包括物空间远心透镜（即，入射光瞳在无限远处）、像空间远心透镜 (即，出射光瞳在无限远处）或双远心透镜（即，两个光瞳均在无限远处）的远心透镜。将 远心透镜耦合至光子检测器阵列降低了关于物品的表面特征的映射位置的误差、降低了物 品的表面特征的失真和/或使得从物品的表面特征散射的光子的定量分析成为可能，该定 量分析包括对光子散射强度分布进行积分以用于物品的表面特征的尺寸确定。
[0027]为检测从物品的表面特征散射的光子，用于物品的表面特征的检测和/或映射的 装置可进一步包括包含多个光子检测器的单个光子检测器阵列（例如，参见图1的光子检 测器阵列130)或每一个包含多个光子检测器的多个光子检测器阵列。在一些实施例中，例 如，此多个光子检测器阵列可包括至少2、3、4、5、6、7、8、9或10个光子检测器阵列。在一些 实施例中，例如，此多个光子检测器阵列可包括不超过10、9、8、7、6、5、4、3或2个光子检测 器阵列。前述内容的组合也可被用于描述此多个光子检测器阵列。在一些实施例中，例如， 此多个光子检测器阵列可包括至少2个光子检测器阵列并且不超过10个光子检测器阵列 (例如，在2和10个光子检测器阵列之间），诸如至少2个光子检测器阵列并且不超过5个 光子检测器阵列（例如，在2和5个光子检测器阵列之间）。此外关于此多个光子检测器阵 列，此多个光子检测器阵列中的每一个光子检测器阵列可以是相同的或不同的或它们的某 种组合（例如，至少2个相同的光子检测器阵列，而其余的光子检测器阵列是不同的；至少 3个相同的光子检测器阵列，而其余的光子检测器阵列是不同的；等等）。
[0028] 无论此装置包括单个光子检测器阵列或多个光子检测器阵列，每一光子检测器阵 列可被定向成针对散射光的最大接受度和/或一种或多种类型的特征以优化的距离和/ 或优化的角度检测从物品的表面特征散射的光子，这些类型的特征在本文中被更详细地描 述。类似地，光子检测器阵列和透镜（例如，远心透镜）组合可被定向成针对散射光的最大 接受度和/或一种或多种类型的特征以优化的距离和/或优化的角度收集并检测从物品的 表面特征散射的光子。这样的优化角度可以是包括延伸至物品的表面的光子检测器阵列和 /或透镜的中心线轴的光线和光线延伸在的点处的法线（即，垂直于物品的表面的线）之 间的角度。优化的角度可等于或包括一种或多种类型的特征的散射角，并且此散射角可以 是与反射角不同的角度，该反射角等于如本文中所描述的入射角。图2提供了形成各种散 射角的包括来自物品150的表面152上的特征154的散射的光子的若干光线，以及与相对 于表面的法线形成反射角的包括反射的光子的若干光线。可以从0°到90°的范围的优 化的角度定向光子检测器阵列或光子检测器阵列和透镜组合，其中0°的优化的角度表示 光子检测器阵列或光子检测器阵列和透镜组合的取向在物品的侧边处，并且其中90°的优 化的角度表示光子检测器阵列或光子检测器阵列和透镜组合的取向在物品的正上方。在一 些实施例中，例如，可以至少 0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、 55°、60°、65°、70°、75°、80°、85°或90°的优化角度定向光子检测器阵列或光子检 测器阵列和透镜组合。在一些实施例中，例如，可以不超过90°、85°、80°、75°、70°、 65°、60°、55°、50°、45°、40°、35°、30°、25°、20°、15°、10° 或 5° 的优化角度定 向光子检测器阵列或光子检测器阵列和透镜组合。前述内容的组合也可被用于描述光子检 测器阵列或光子检测器阵列和透镜组合可被定向的优化角度。在一些实施例中，例如，可以 包括至少45°并且不超过90° (S卩，在45°和90°之间）的至少0°并且不超过90° (即， 在0°和90°之间）（诸如至少0°并且不超过45° (即，在0°和45°之间））的优化角 度定向光子检测器阵列或光子检测器阵列和透镜组合。
[0029] 可选地与透镜（例如，远心透镜）结合，并且进一步可选地与一个或多个附加光子 检测器阵列或光子检测器阵列和透镜组合结合，并且更进一步可选地与一个或多个相同类 型的附加光子检测器阵列或光子检测器阵列和透镜组合结合的光子检测器阵列可检测从 物品的表面（诸如物品的整个表面或物品的表面的某个预定部分）中的特征散射的光子。 当以针对散射光的最大接受度和/或一种或多种类型的特征进行优化的距离和/或角度进 行定向时，可选地与透镜（例如，远心透镜）结合，并且进一步可选地与一个或多个附加光 子检测器阵列或光子检测器阵列和透镜组合结合，并且更进一步可选地与一个或多个相同 类型的附加光子检测器阵列或光子检测器阵列和透镜组合结合的光子检测器阵列可检测 从物品的表面（诸如物品的整个表面或物品的表面的某个预定部分）中的特征散射的光 子。如本文中所提供的，针对一种或多种类型的特征进行优化的角度可等于或包括一种或 多种类型的特征的散射角。
[0030] 理解到光子是电磁辐射或光的基本粒子，光子检测器阵列或光检测器阵列可检测 包括相对宽的波长范围（例如，紫外-可见、可见、红外等）、相对窄的波长范围（例如，紫外 的细分诸如UVA、UVB、UVC等；可见的细分诸如红、绿、蓝等；红外的细分诸如近红外、中红外 等）或特定的波长（例如，单色）的光；包括相对宽的频率范围（例如，紫外_可见、可见、 红外等）、相对窄的频率范围（例如，紫外的细分诸如UVA、UVB、UVC等；可见的细分诸如红、 绿、蓝等；红外的细分诸如近红外、中红外等）或特定的频率（例如，单色）的光；偏振（例 如，线性偏振、圆偏振等）光、部分偏振光或非偏振光；和/或从相干光（例如，激光）到非 相干光的范围的具有不同程度的时间和/或空间相干性的光。如本文中所讨论的，光子检 测器阵列或光检测器阵列可与光学设置的一个或多个光学部件结合使用以检测具有前述 品质中的任何一个的光。
[0031] 光子检测器阵列可包括多个像素传感器，该多个像素传感器又可各自包括耦合至 包括被配置用于放大的晶体管的电路的光子检测器（例如，光电二极管）。包括这种像素 传感器的光子检测器阵列的特征包括但不限于：低温操作（例如，低至-40°C)、低电子噪 声（例如：2-10eTMS、le!MS、〈leTMS等）、宽动态范围（例如：30,000:1、8,500:1、3,000:1 等）和/或减少的光子/光收集时间。光子检测器阵列可包括按二维阵列的行和列布置的 大量的像素传感器（例如，> 1，〇〇〇, 〇〇〇或1M像素传感器），其中每一像素传感器包括被耦 合至放大器的光子检测器。在一些实施例中，例如，光子检测器阵列可包括至少1M、2M、3M、 4M、5M、6M、7M、8M、9M、10M或更多的按二维阵列的行和列布置的像素传感器。在一些实施例 中，例如，光子检测器阵列可包括不超过10M、9M、8M、7M、6M、5M、4M、3M、2M、1M的按二维阵列 的行和列布置的像素传感器。前述内容的组合也可被用于描述此光子检测器阵列中的多个 像素传感器。在一些实施例中，例如，光子检测器阵列可包括至少1M并且不超过10M(例如， 在1M和10M之间）的按二维阵列的行和列布置的像素传感器，诸如包括至少1M并且不超 过6M(例如，在1M和8M之间）的像素传感器，进一步包括至少2M并且不超过6M(例如，在 1M和8M之间）的像素传感器，并且更进一步包括至少2M并且不超过5M(例如，在2M和5M 之间）的像素传感器的至少1M并且不超过8M(例如，在1M和8M之间）的像素传感器。
[0032] 归因于物品中表面特征的表面反射和/或小角度散射（例如,4 31散射），表面特 征在尺寸上可显得大得多，使得像素传感器能够大于要使用的表面特征。在一些实施例 中，例如，光子检测器阵列可包括其最小尺寸至少1Um、2ym、3ym、4ym、5ym、6ym、7ym、 或lOiim的微米尺寸的（S卩，如测得的容许iim单位）像素传感器。在一些实施 例中，例如，光子检测器阵列可包括其最小尺寸不超过10Um、9ym、8ym、7ym、6ym、5ym、 或liim的微米尺寸的像素传感器。前述内容的组合也可被用于描述光子 检测器阵列中的微米尺寸的像素传感器的尺寸。在一些实施例中，例如，光子检测器阵列可 包括其最小尺寸包括至少4iim并且不超过lOiim(例如，在4iim和lOiim之间）并且进一 步包括至少4ym并且不超过7ym(例如，在4ym和7ym之间）的至少1ym并且不超过 10iim(例如，在1ym和10ym之间）（诸如至少1ym并且不超过7ym(例如，在1ym和 7ym之间））的微米尺寸的像素传感器。这种微米尺寸的像素传感器可被用在装置中以检 测和/或映射比微米尺寸的像素传感器小超过100倍的物品的表面特征。
[0033] 鉴于前述内容，单个光子检测器阵列或多个光子检测器阵列可各自包括互补金属 氧化物半导体（"CMOS"）或科学互补金属氧化物半导体（"sCMOS")，这两者中的每一个可 分别可选地为CMOS相机或sCMOS相机的一部分。
[0034] 图3提供了物品中的表面特征的检测的示意图，该示意图示出了包括光学设置和 光子检测器阵列的装置的特写、截面图。如所示，物品150包括表面152和至少表面特征 154。从单个光子发射器或多个光子发射器发射的光子可被表面特征154散射并且可被包 括被耦合至光子检测器阵列130的光学设置120的组合收集并检测，该组合可针对散射光 子的最大接受度和/或一种或多种类型的特征被置于优化的距离和/或优化的角度处。可 包括远心透镜的光学设置120可将从表面特征154散射的光子收集并聚焦到光子检测器阵 列130的一个或多个像素传感器132上，该一个或多个像素传感器各自包括被耦合至放大 器的光子检测器。其中每一个对应于物品的表面特征的映射中的像素的此一个或多个像素 传感器132可提供一个或多个信号至映射装置以用于映射如例如图6A中所示的表面特征 154,该图6A是图5中所提供的表面特征的映射的特写图像，该图5又是图4中所提供的表 面特征的映射的特写图像。映射装置可随后使用像素插值以用于进一步映射如图6B所示 的表面特征154。
[0035] 用于物品的表面特征的检测和/或映射的装置可进一步包括一个或多个计算机 或等效的设备（例如，包括主和/或辅助存储器以及可操作以执行算术和逻辑运算的一个 或多个处理元件的设备），该一个或多个计算机或等效的设备被加载有适当指令，该适当指 令可操作但不限于将每一物品传送至用于检查的装置；定位每一物品以用于检查，可选地 包括物品的分级旋转以用于分段检查；保持每一物品以用于检查；将光学部件插入光学设 置中；将光学部件从光学设置中移除；定位和/或调节光学部件以用于检查；将每一光子发 射器移动至用于检查的位置中，其中用于检查的位置可包括优化的光子发射器-物品距离 和/或角度（例如，入射角）；在开启和关闭或在发射光子和不发射光子的模式之间切换每 一光子发射器；将每一光子检测器阵列移动至用于检查的位置中，其中用于检查的位置可 包括优化的光子检测器阵列-物品距离和/或角度（例如，散射角）；在开启和关闭或在检 测光子和不检测光子的模式之间切换每一光子检测器阵列；处理光子检测器阵列信号，可 选地包括像素插值以用于关于表面特征的映射位置的更佳准确度（例如，比像素尺寸好10 倍）。从光子检测器阵列信号或经处理的光子检测器阵列信号映射物品的表面特征；相对 于类型（例如，颗粒、污点、划痕、空隙等）和/或尺寸（例如，来自光子散射强度分布的积 分的体积）表征物品的表面特征；登记物品的表面特征；以及确定关于物品的表面特征的 趋势。
[0036] 包括一个或多个计算机或等效的设备的装置可以是可操作的以检测和/或映 射其最小尺寸（例如，长度、宽度、高度或深度，取决于表面特征）为纳米尺寸的（即， 如测得的容许nm单位）或更小的物品的表面特征；然而，此装置不限制于映射为纳 米尺寸的或更小的物品的表面特征，因为此装置可以是可操作的以映射为微米尺寸 的（即，如测得的容许单位）或更大的物品的表面特征。在一些实施例中，例如， 包括一个或多个计算机或等效的设备的此装置可以是可操作的以映射其最小尺寸小 于 500nm、250nm、200nm、150nm、125nm、llOnm、100nm、90nm、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、 30nm、20nm、10nm或lnm(l〇A)或甚至更小的物品的表面特征，诸如其最小尺寸小于 9A、8A、7A、6A、5A、4A、3A、2A或1A的物品的表面特征。鉴于前 述内容，在一些实施例中，例如，包括一个或多个计算机或等效的设备的此装置可以是可操 作的以映射在〇?lnm和lOOOnm之间（诸如包括在0?lnm和250nm之间，并且进一步包括在 0?lnm和100nm之间，并且更进一步包括在0?lnm和80nm之间的在0?lnm和500nm之间） 的物品的表面特征。
[0037]鉴于前述内容，此装置可以是可操作的以检测和/或映射物品的表面特征，诸如 包括其最小尺寸（例如，长度、宽度或高度）为纳米尺寸的（即，如测得的容许nm单位）或 更小的颗粒的颗粒污染。在一些实施例中，例如，此装置可以是可操作的以检测和/或映射 其最小尺寸小于125nm(诸如小于100nm，包括小于80nm，并且进一步包括小于10nm)的表 面和/或次表面颗粒。在一些实施例中，例如，此装置可以是可操作的以映射高度小于4nm 的表面和/或次表面颗粒。
[0038]进一步鉴于前述内容，此装置可以是可操作的以检测和/或映射物品的表面特 征，诸如包括其最小尺寸（例如，长度、宽度或深度）为微米尺寸的（即，如测得的容许 单位）或更小的（诸如纳米尺寸的（即，如测得的容许nm单位）或更小的、诸如埃尺寸的 (即，如测得的容许A单位）或更小的）划痕（例如，圆周划痕）的缺陷。关于微米尺寸的 划痕，此装置可以是可操作的以检测和/或映射长度从例如1Um到1000ym的划痕，该划 痕可显著长于从此装置的光子发射器发射的光子/光的波长。在一些实施例中，例如，此装 置可以是可操作的以检测和/或映射表面特征，诸如包括划痕长度小于1000Um(诸如小于 500iim，包含小于250iim，进一步包含小于100iim，并且更进一步包含小于50iim)的划痕 的缺陷。关于纳米尺寸的划痕，此装置可以是可操作的以检测和/或映射划痕宽度从例如 lnm到500nm的划痕。在一些实施例中，例如，此装置可以是可操作的以检测和/或映射表 面特征，诸如包括划痕宽度小于500nm(诸如小于250nm，包含小于100nm，进一步包含小于 50nm，并且更进一步包含小于15nm)的划痕的缺陷。令人惊讶地，归因于高级别的空间相 干性，此装置可以是可操作的以检测和/或映射关于划痕深度为埃尺寸的划痕。在一些实 施例中，例如，此装置可以是可操作的以检测和/或映射表面特征，诸如包括划痕深度小于 50A(诸如小于25A,包含小于10A，进一步包含小于5A，并且更进一步包含小于1A(例如，0.5A))的划痕的缺陷。例如，此装置可以是可操作的以检测和/或映射表面特征， 诸如包括长度小于500ym、宽度小于100nm并且深度小于50A的划痕的缺陷。
[0039] 包括一个或多个计算机或等效的设备的此装置可以是可操作的以准确地和/或 精确地映射物品的表面上的特征的位置。关于准确度，包括一个或多个计算机或等效的设 备的此装置可以是可操作的以将物品的表面上的特征的位置映射在微米尺寸的（即，如测 得的容许um单位）半径或更好的半径内。在一些实施例中，例如，包括一个或多个计算 机或等效的设备的此装置可以是可操作的以将物品的表面上的特征的位置准确地映射在 100um、90um、80um、70um、60um、50um、40um、30um、20um、10um、9um、8um、7um、 6]^111、5]1111、4]1111、3]1111、2]1111或1]1111的半径或更好的半径内。前述内容的组合也可被用于 描述包括一个或多个计算机或等效的设备的此装置可映射物品的表面上的特征的位置的 准确度。在一些实施例中，例如，包括一个或多个计算机或等效的设备的此装置可以是可操 作的以将物品的表面上的特征的位置准确地映射在从1Um到100iim的范围（诸如从1iim 到50iim的范围，包括从1iim到30iim的范围，并且进一步包括从5iim到10iim的范 围）的半径内。
[0040] 包括一个或多个计算机或等效的设备的此装置可以是可操作的以准确地和/或 精确地映射物品的表面上的特征的位置（例如，图6A(顶部）和图6B(顶部））连同特征 的光子散射强度分布（例如，图6A(底部）和图6B(底部））。这种光子散射强度分布的数 学积分提供了相应的特征的尺寸（例如，体积）。如此，本文中所描述的装置可定性地并定 量地表征表面特征。关于表面特征的定性表征，定性表征包括确定表面特征类型（例如，颗 粒、污点、划痕、空隙等）。关于表面特征的定量表征，定量表征包括确定物品上的表面特征 位置和/或表面特征尺寸。表面特征的定量表征可进一步包括每一物品的表面特征的总数 量以及每种类型的表面特征的数量。这种表征信息可跨过多个物品被登记并且被用于纠正 导致表面和/或次表面缺陷的制造趋势。
[0041] 取决于可包括物品的类型、表面特征的类型等的因素，有时可能期望增加从单个 光子发射器或多个光子发射器发射的光子数（例如，光子能量）以提供增强的散射信号以 用于物品的表面特征的表征（例如，定性的和/或定量的）。这种光子能量的增加可相对于 单位时间以用于增加的光子功率或光子通量，或相对于单位面积以用于增加的光子通量密 度。替换地或另外地，可能期望增加单个光子发射器或多个光子发射器的检测时间以检测 更多的光子以用于准确地和/或精确地映射表面特征。替换增加光子能量或检测时间中的 一者或两者，或除了增加光子能量和检测时间之外，有时可能期望最小化包括来自一个或 多个光子发射器的杂散光、背景光和/或背景荧光辐射的背景噪声。
[0042] 本文中所描述的装置可被配置成以大于物品或其中的工件被制造的速率的速率 或与物品或其中的工件被制造的速率相称的速率处理或检查物品。在一些实施例中，例如， 此装置可被配置成以每秒至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18或20个物品的速率处 理或检查物品，该速率可与物品或其中的工件被制造的速率相称。在一些实施例中，例如， 此装置可被配置成以每秒不超过20、18、16、14、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1个物品的速率 处理或检查物品，该速率可与物品或其中的工件被制造的速率相称。前述内容的组合也可 被用于描述物品或其中的工件被装置处理或检查的速率。在一些实施例中，例如，此装置可 被配置成每秒处理或检查至少1个并且不超过20个物品（例如，在每秒1和20个物品之 间），诸如每秒至少1个并且不超过10个物品（例如，在每秒1和10个物品之间），包括每 秒至少1个并且不超过5个物品（例如，在每秒1和5个物品之间）。以大于物品或其中的 工件被制造的速率的速率或与物品或其中的工件被制造的速率相称的速率处理或检查物 品与本文中所描述的装置的多个特征有关，包括但不限于光子发射器和/或在处理或检查 期间不需要被移动（例如，以用于扫描）的物品。例如，诸如硬盘驱动器的硬盘之类的物品 在处理或检查期间不需要被旋转。如此，此装置可被配置成在将光子发射到物品的表面上 时保持物品固定。
[0043] 尽管此装置可被配置成以大于物品或其中的工件被制造的速率的速率或与物品 或其中的工件被制造的速率相称的速率处理或检查物品，但如果需要的话，此装置可以较 慢的速率进行操作。在一些实施例中，例如，此装置可被配置成以小于每秒一个物品的速率 处理或检查物品。在这样的实施例中，例如，此装置可被配置成以小于每5、10、25、50、75或 100或更多秒一个物品的速率处理或检查物品。
[0044] 包括光子发射器、光学设置、光子检测器阵列以及映射装置的本文中所描述的此 装置可以是完全自动化的并且可运行在不同的模式，包括但不限于超速模式、超灵敏模式 和超灵敏加（plus)模式中。关于超速模式，此装置可比光学表面分析器（例如，KLA-Tencor CandelaCS10或CS20)操作快至少200倍、检测诸如包括小至至少100nm的嵌入颗粒的缺 陷之类的表面特征、部分地检测诸如包括划痕（例如，纳米尺寸的划痕）的缺陷之类的表面 特征以及提供粗糙度的测量值。关于超灵敏模式，此装置可比光学表面分析器操作快至少 50倍、检测诸如包括小至至少30nm的嵌入颗粒的缺陷之类的表面特征以及提供粗糙度的 测量值。关于超灵敏加模式，此装置可比光学表面分析器操作快至少20倍、检测诸如包括 小至至少30nm的嵌入颗粒的缺陷之类的表面特征、充分地检测诸如包括划痕（例如，纳米 划痕）的缺陷之类的表面特征以及提供粗糙度的测量值。
[0045] 如此，如本文中所提供的是一种装置，包括：被配置成将光子发射到物品的表面上 的光子发射器；包括被配置成接收从物品的表面中的特征散射的光子的多个光子检测器的 光子检测器阵列；以及用于映射物品的表面中的特征的映射装置，其中此装置被配置成通 过分析在多个光子检测器处接收的光子来表征物品的表面中的特征。在一些实施例中，此 装置被配置成在将光子发射到物品的表面上时，将物品保持在固定位置。在一些实施例中， 此装置进一步包括远心透镜，其中远心透镜被耦合至光子检测器阵列。在一些实施例中，此 装置可操作以快于每100秒一个物品的速率处理物品。在一些实施例中，此装置可操作以 映射其最小尺寸小于80nm的特征。在一些实施例中，此装置可操作以映射其最小尺寸大于 0. 10nm的特征。在一些实施例中，此映射装置可操作以关于位置的至少10-iim的准确度映 射特征。
[0046] 本文中还提供的是一种装置，包括：被配置成将光子发射到物品的表面上的光子 发射器；包括被配置成接收从物品的表面中的特征散射的光子的多个光子检测器的光子 检测器阵列；以及用于映射物品的表面中的特征的映射装置，其中此装置可操作以快于每 100秒一个物品的速率处理物品。在一些实施例中，此装置被配置成在将光子发射到物品的 表面上时，将物品保持在固定位置。在一些实施例中，此装置进一步包括远心透镜，其中远 心透镜被耦合至光子检测器阵列。在一些实施例中，此装置可操作以快于每秒一个物品的 速率处理物品。在一些实施例中，此装置可操作以映射其最小尺寸小于80nm的特征。在一 些实施例中，此装置可操作以映射其最小尺寸大于〇.l〇nm的特征。在一些实施例中，此映 射装置可操作以关于位置的低至至少10-Um的精确度映射特征。
[0047] 还提供的是一种装置，包括：被配置成将光子发射到物品的表面上的光子发射器； 远心透镜；光子检测器阵列，包括被配置成接收从物品的表面中的一个或多个特征散射的 光子的耦合至透镜的多个光子检测器；以及用于映射物品的表面中的一个或多个特征的映 射装置，其中此装置可操作以映射其最小尺寸小于80nm的特征。在一些实施例中，此装置 被配置成在将光子发射到物品的表面上时，将物品保持在固定位置。在一些实施例中，此装 置可操作以快于每100秒一个物品的速率处理物品。在一些实施例中，此装置可操作以快 于每秒一个物品的速率处理物品。在一些实施例中，此装置可操作以映射其最小尺寸小于 25nm的特征。在一些实施例中，此装置可操作以映射其最小尺寸大于0. 10nm的特征。在一 些实施例中，此映射装置可操作以关于位置的至少10-Um的准确度映射特征。
[0048] 还提供的是一种装置，包括：被配置成将光子发射到物品的表面上的光子发射器； 远心透镜；被配置成接收从物品的表面中的一个或多个特征散射的光子的耦合至透镜的光 子检测器阵列；以及用于映射物品的表面中的一个或多个特征的映射装置，其中此装置可 操作以映射其最小尺寸小于80nm的特征。在一些实施例中，此装置被配置成在将光子发射 到物品的表面上时，将物品保持在固定位置。在一些实施例中，此装置可操作以快于每100 秒一个物品的速率处理物品。在一些实施例中，此装置可操作以快于每秒一个物品的速率 处理物品。在一些实施例中，此装置可操作以映射其最小尺寸小于25nm的特征。在一些实 施例中，此装置可操作以映射其最小尺寸大于0.l〇nm的特征。在一些实施例中，此映射装 置可操作以关于位置的低至至少10-um的精确度映射特征。
[0049] 还提供的是一种装置，包括：用于将光子发射到物品的表面上的光子发射装置； 用于检测从物品的表面中的特征散射的光子的光子检测装置；以及用于映射物品的表面中 的特征的映射装置，其中此装置可操作以快于每100秒一个物品的速率处理物品。在一些 实施例中，此装置被配置成在将光子发射到物品的表面上时，将物品保持在固定位置。在一 些实施例中，此物品大于500平方微米。在一些实施例中，此装置可操作以快于每秒五个物 品的速率处理物品。在一些实施例中，此装置可操作以映射其最小尺寸小于80nm的特征。 在一些实施例中，此映射装置进一步用于分析从物品的表面中的特征散射的光子的散射强 度分布。
[0050] 还提供的是一种装置，包括：用于将光子发射到物品的表面上的光子发射装置； 用于检测从物品的表面中的特征散射的光子的光子检测装置；以及用于映射物品的表面中 的特征的映射装置，其中此映射装置可操作以关于位置的低至至少10-的精确度映射 特征。在一些实施例中，此装置被配置成在将光子发射到物品的表面上时，将物品保持在固 定位置。在一些实施例中，此装置可操作以快于每100秒一个物品的速率处理物品。在一 些实施例中，此装置可操作以快于每秒一个物品的速率处理物品。在一些实施例中，此装置 可操作以映射其最小尺寸小于80nm的特征。在一些实施例中，此映射装置进一步被配置成 映射从物品的表面中的特征散射的光子的散射强度分布。
[0051] 本文中还提供的是一种设备，包括特征映射器，特征映射器被配置成从由光子检 测器阵列所提供的信号映射关于物品的表面的特征，其中此信号对应于从关于物品的表面 的特征散射的光子，并且其中特征映射器被配置以用于通过分析在光子检测器阵列处接收 的光子来表征关于物品的表面的特征。在一些实施例中，特征映射器被配置以用于定性地 和/或定量地表征关于物品的表面的特征。在一些实施例中，定量地表征关于物品的表面 的特征包括确定关于物品的表面的特征的尺寸和/或数量。在一些实施例中，此设备可操 作以映射其最小尺寸小于80nm的特征。在一些实施例中，此设备可操作以快于每100秒一 个物品的速率处理物品。
[0052] 尽管已通过特定实施例和/或示例描述和/或示出了本发明，并且尽管已相当详 细地描述了这些实施例和/或示例，但将本发明的范围约束或以任何方式限制到这些细节 并不是 申请人:的意图。本发明的另外的改编和/或修改可容易地呈现至具有本发明所属领 域的普通技术的人员，并且在其更宽方面中，本发明可包含这些改编和/或修改。因此，可 从前述实施例和/或示例作出变更而不背离本发明的范围，当适当地构建时，该范围仅由 所附权利要求限定。
【权利要求】
1. 一种装置，包括： 光子发射器，被配置成将光子发射到物品的表面上； 光子检测器阵列，包括被配置成接收从所述物品的表面中的特征散射的光子的多个光 子检测器；以及 映射装置，用于映射所述物品的表面中的特征， 其中所述装置被配置成通过分析在所述多个光子检测器处接收的光子来表征所述物 品的表面中的特征。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置被配置成在将光子发射到所述物 品的表面上时，将所述物品保持在固定位置。
3. 如权利要求1或权利要求2中任一项所述的装置，其特征在于，进一步包括远心透 镜，其中所述远心透镜被耦合至所述光子检测器阵列。
4. 如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置可操作以快于每10秒 一个物品的速率处理物品。
5. 如权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置可操作以映射其最小 尺寸小于80nm的特征。
6. 如权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置可操作以映射其最小 尺寸大于〇? l〇nm的特征。
7. 如权利要求1-6中任一项所述的装置，其特征在于，所述映射装置可操作以关于位 置的至少10-U m的准确度映射特征。
8. -种装置，包括： 光子发射器，被配置成将光子发射到物品的表面上； 远心透镜； 光子检测器阵列，包括被配置成接收从所述物品的表面中的一个或多个特征散射的光 子的耦合至所述透镜的多个光子检测器；以及 映射装置，用于映射所述物品的表面中的一个或多个特征， 其中所述装置可操作以映射其最小尺寸小于80nm的特征。
9. 如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置被配置成在将光子发射到所述物 品的表面上时，将所述物品保持在固定位置。
10. 如权利要求8或权利要求9中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置可操作以 快于每100秒一个物品的速率处理物品。
11. 如权利要求8或权利要求9中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置可操作以 快于每秒一个物品的速率处理物品。
12. 如权利要求8-11中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置可操作以映射其最 小尺寸小于25nm的特征。
13. 如权利要求8-12中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置可操作以映射其最 小尺寸大于〇? l〇nm的特征。
14. 如权利要求8-13中任一项所述的装置，其特征在于，所述映射装置可操作以关于 位置的至少10-U m的准确度映射特征。
15. -种装置，包括： 光子发射装置，用于将光子发射到物品的表面上； 光子检测装置，用于检测从所述物品的表面中的特征散射的光子；以及 映射装置，用于映射所述物品的表面中的特征， 其中所述装置可操作以快于每100秒一个物品的速率处理物品。
16. 如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述装置被配置成在将光子发射到所述 物品的表面上时，将所述物品保持在固定位置。
17. 如权利要求15或权利要求16中任一项所述的装置，其特征在于，所述物品大于 500平方微米。
18. 如权利要求15-17中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置可操作以快于每秒 五个物品的速率处理物品。
19. 如权利要求15-18中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置可操作以映射其最 小尺寸小于80nm的特征。
20. 如权利要求15-19中任一项所述的装置，其特征在于，所述映射装置进一步用于分 析从所述物品的表面中的特征散射的光子的散射强度分布。
21. -种设备，包括： 特征映射器，被配置成从由光子检测器阵列所提供的信号映射关于物品的表面的特 征， 其中所述信号对应于从所述关于物品的表面的特征散射的光子，并且 其中所述特征映射器被配置以用于通过分析在所述光子检测器阵列处接收的光子来 表征所述关于物品的表面的特征。
22. 如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述特征映射器被配置以用于定性地和/ 或定量地表征所述关于物品的表面的特征。
23. 如权利要求22所述的设备，其特征在于，定量地表征所述关于物品的表面的特征 包括确定关于物品的表面的特征的尺寸和/或数量。
24. 如权利要求21-23中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备可操作以映射其最 小尺寸小于80nm的特征。
25. 如权利要求21-24中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备可操作以快于每 100秒一个物品的速率处理物品。
【文档编号】G01J1/10GK104412079SQ201380035014
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年5月9日 优先权日:2012年5月9日
【发明者】J·W·艾和, S·K·麦克劳林 申请人:希捷科技有限公司