CN1646894B - 具有行移透镜多光束扫描仪的暗场检测设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于样品如半导体晶片(108)的暗场检测的系统，该系统使用提供光束的激光光源(101)。该系统包括：提供光束的光源(101)；行移透镜声光器件(104)，它具有有源区和响应RF输入信号而在所述有源区中同时产生多个行移透镜，每个透镜具有焦点，所述行移透镜声光器件(104)可操作以接收光束和在每个所产生的行移透镜的各个焦点处产生多个斑点束，所述多个斑点束扫描所述样品的第一表面，由此产生相应的反射光束和透射光束中的至少之一的多个光束；而反射光束和透射光束的至少之一包括明场和暗场成分；和用于收集和检测暗场成分的暗场光学装置。

Description

具有行移透镜多光束扫描仪的暗场检测设备及其方法

相关申请

本申请是在2002年3月22日申请的美国专利申请系列号10/103560的部分继续。

技术领域

本发明关于一种可以用在晶片缺陷检测系统中的暗场检测系统，该检测系统使用扫描激光束照亮分析的晶片并通过分析散射光来识别缺陷。更具体地，本发明关于可用在使用多光束的扫描系统中的暗场检测的设备和方法，其中所述多光束同时照亮检测的样品如晶片、刻线(reticle)、掩模等，并产生被同时检测的多个相应的散射光束。本发明还适用于被样品反射或透射的光的多光束的明场检测。

背景技术

在半导体制造工艺中，作为一部分质量确认程序，为了检测晶片表面上的缺陷、颗粒和/或图形而使用各种系统用于自动检测半导体晶片。当前检测系统的目标是具有高分辨率以便提供在亚微米半导体制造工艺中所需的可靠性和精确性。然而，具有容许大处理量的高速度处理工艺也是很重要的，以便在晶片制造期间，质量和确认工艺不会成为障碍。相应地，光学检测系统必须使用较短的波长、较高数量的孔径光学性以及高密度图像捕获技术并与并行结构(parallelarchitecture)结合，以便以足够高的速度对来自这种系统的数据进行处理，所述足够高的速度将满足所希望的产品产量要求。

用在晶片检测系统中的常规成像结构此时利用了单扫描激光光斑用于高速成像。但是，通过这种结构可获得的数据速度受到物理限制，这是由于单扫描机构、可使用的光学系统以及相关检测器件的速度和质量的限制所引起的。例如，用做点光源的单激光器在被检测的物体上聚焦成一点并在整个物体的表面上进行扫描，其中物体可以是固定的或者可以在工作台机构上在扫描坐标系中移动。然后从物体散射的光在检测器上成像，由扫描过程产生像素数据。检测器可以是CCD阵列，它的独立像素(element)定位成在光束扫描时可接收散射光并以常规方式连续读出。而高分辨率可以从这种点光源照明装置获得，为了构成可视图像而扫描场中的每个点的要求限制了该系统的处理量，因为在给定扫描速度时处理量与光斑直径的平方成比例。

因而，需要一种样品扫描系统，可提高样品处理量同时保持或甚至提高在扫描样品期间收集的数据的可靠性和准确性，这是高分辨率的结果。本发明通过利用多个平行扫描光束扫描样品和通过检测多个平行散射光束和同时处理多个光束而满足了这种需求，从而与单斑点扫描系统相比大大提高了处理量。

发明内容

本发明涉及一种使用提供光束的单个光源的检测样品的系统。通过行移透镜声-光器件(traveling lens acoustic-optic device)处理光束，所述声-光器件具有有源区并响应RF输入信号而在有源区中产生多个行移透镜。行移透镜声-光器件可操作以接收光束和在产生的每个行移透镜的各个焦点上产生多个扫描斑点束(spot beam)。

该系统包括暗场光学装置，而且它还可包括明场检测装置。

根据本发明的另外特征，本发明涉及一种包括多个扫描斑点束的源的检测系统。这些光束聚焦在样品的表面上并通过对从(或通过)样品背散射的光进行成像而形成暗场像。该暗场像是由暗场光学装置产生的并由暗场检测器检测。应该注意的是光束还可以形成明场像，该明场像可由明场检测装置捕获。根据本发明的一个方案，在样品上形成的暗场像被成像在多个暗场收集带(collection zone)上。

本发明的另一方案描述了一种暗场光学系统，它包括液体光导和/或光纤、至少一个空间滤波器、成像光学装置和限定多个收集带的多个检测器。暗场光学系统可包括限定部分重叠的收集带的分束器(beamsplitter)，它可以产生样品的无间隙暗场像。

通常，暗场光学系统包括由两个空间滤波器跟随的分束器，而所述两个空间滤波器包括不透明和透明的两部分，而导光装置定位成可收集通过透明部分的光。分束器可以限定部分重叠的收集带。所述重叠使得提供扫描轴的连续覆盖成为可能。

可使用各种暗场光学系统来提供暗场像，而不超出本发明的范围。例如，收集带可以具有各种形状，收集带之间的相对位移可以不同，并且可以有多个分束器。

根据本发明的又一特征，本发明涉及一种检测样品的方法。该方法包括：从单个光源提供多个浮动光点束(flying spot beam)和在样品的表面上扫描多个斑点束，由此通过收集和产生从或通过样品散射的光的图像而产生暗场像；用多个检测器检测多个光束；和处理被测信号，以便确定样品的图形或缺陷的存在。

检测系统包括适于接收光束的声-光器件和用于产生多个行移透镜的RF输入端，所述多个行移透镜提供多个同时扫描斑点。该器件包括：具有有源区的介质，该有源区限定声波传播的方向；用于接收RF线性调频输入并设置在介质的一端，在声波传播方向的RF输入部分；用于从光源接收光的光输入部分，所述光输入部分设置成声波传播方向垂直；和光输出部分。输入到RF输入部分的一系列RF波形可操作以产生同时存在于有源区中的一系列行移透镜，这些行移透镜可操作以接收输入到光输入部分的光并产生从光输出部分输出的多斑点束(multiplespot beams)，每个光束对应一个行移透镜。

声-光器件是通过以下步骤操作的：向RF输入部分输入一系列线性调频输入脉冲，由此为每个输入脉冲形成声波并在传播方向在有源区中传播；从光源并在垂直于所述传播方向的方向向光输入部分输入光；和向传播声波施加该光，所述波形成行移透镜并同时存在于有源区中，每个行移透镜可操作以聚焦和引导所述光，由此从光输出部分输出用于每个透镜的相应斑点束。

本发明不限于暗场检测，还可以用于明场成像和检测，其中被样品反射或透射的光而不是从或通过样品背散射的光被收集并在检测器上成像。在所有其他方面，明场实施例与暗场实施例是相同的。

附图说明

图1表示根据本发明的用于扫描晶片或其它样品的一个典型系统和设备的示意图；

图2表示使用由本发明的设备产生的多个光束扫描晶片或其它样品的典型时序图；

图3表示根据本发明典型实施例产生的四个光束同时扫描晶片时晶片表面的结构；

图4表示如本发明的实施例中使用的行移透镜、多光束声-光器件的示意图；

图5表示根据本发明实施例，将在CCD扫描仪中使用的具有两级垂直传送机构的多级线性光电二极管的示意图；

图6A和6B表示根据本发明，用于在晶片或其它样品上扫描多个分束(splitbeam)的另一个典型系统和设备以及扫描到的线结构的示意图；

图7A和7B根据本发明，用于分开检测样品表面上的明场和暗场像的单照明激光器和环形照明激光器结构的示意图；

图8A-8D根据本发明实施例，具有环形照明的暗场环形照明系统的示意图；

图9和12表示根据本发明的两个方案的多个斑点和收集带；

图10表示根据本发明的空间滤波器；

图11是用于提供暗场的方法的流程图；和

图13是表示PMT检测器和它们的环境的示意图。

具体实施方式

下面将详细说明本发明的典型实施例，但本发明不限于此，可以添加修改和追加结构，这对本领域技术人员而言是显而易见的。特别是，但不限于此，公开的典型实施例是关于通过使用光源和检测装置检测散射光来进行样品表面的检测，其中光源和检测装置设置在样品(“反射系统”)的相同侧，对于本领域技术人员来说这些教导显然适用于通过用位于与光源(“透射系统”)相对的样品一侧的检测装置检测散射光所进行的透射样品(transmissive specimen)的检测。反射系统和透射系统不同之处在于例如在透射系统中不存在分束器，本发明的原理可适用于这两种类型的系统。如本领域技术人员可理解的，根据本发明，这两种类型的系统在样品检测中可分开使用或一起使用。

图1表示根据本发明的晶片、光栅或类似样品检测系统100以及利用行移透镜多光束扫描仪的设备的示意图。不限制而只是举例，样品可以是任何半导体产品，如在制造的几个阶段的任何阶段中的其上具有多个半导体器件的8英寸或12英寸晶片等，或者可以是在制造工艺中使用的光刻掩模、光栅等，在这些工艺期间必须对这种样品进行缺陷、外来物体或图形精度的检测。希望在这种系统中以高精度和高可靠性识别结构的尺寸、部位和类型、出现在样品表面上的缺陷或物体。还希望保证以高速度进行这种识别，以便使提供检测和质量确认步骤的制造工艺中的延迟最小化。

系统100依赖于明亮的光源，如产生光束输出151的CW(或脉冲)激光器101。光束151施加于具有常规设计结构的束成形器102，该束成形器102扩展并准直光束151，从而以本领域公知的方式形成具有均匀强度分布的光束152。对于晶片检测，激光器优选以稳定的输出功率(或稳定的脉冲能量和脉冲速度)、稳定的横向模式和稳定的光束指向(beam pointing)在短波长工作，例如在266nm、244nm、257nm、248nm或193nm波长，以便产生高分辨率。被准直光束152施加于常规反射镜103，以便成形和将光束153导向操作透镜系统，而操作透镜系统的部件将在后面更详细地说明。

特别是，被成形的光束153投射到行移透镜声-光器件104上，而声-光器件104可操作以将被成形的光束153转换成多个光束154a、154b和154c。而这三个光束是为了方便而举例示出的，光束的数量可以更多并且在典型实施例中可以是十个或更多个同时扫描的光束。行移透镜声-光器件104响应一系列线性调频RF脉冲的每个脉冲，单个RF脉冲导致产生单个声脉冲，因此单个透镜和一系列脉冲导致在行移透镜器件104中形成多个透镜。优选地，RF脉冲之间的时序设置成在每个透镜之间提供相等的延迟。每个透镜将接收输入激光并在其输出端使其聚焦，由此形成所希望数量的斑点。在声学脉冲穿过器件104移动时，相关的透镜将移动，引起其每个光束以扫描的形式移动。

声光元件的基本理论、结构和材料在由Gerald F.Marshall等人编辑“Optical Scanning”的第11章(由Marcel Dekker Inc.在1991年发表)中有教导。如第675-677页的解释，单光束的频率线性调节(chirp)扫描包括给其施加线性频率扫描(“线性调频”)的声光布拉格元件(Bragg cell)。穿过该元件的光学孔径产生的频率梯度将作为柱面透镜，其焦距(focal length)是以线性调频速度为基础的。由线性扫描声频衍射的光可以会聚或发散，并且可以由补偿光学透镜进行补偿。根据此公开，声光扫描仪在成本和性能上优点显著，特别是其中的随机存取时间很短。声光扫描仪通常产生一个扫描光束，并且其中希望有多个光束，如在Marshall所著书的第682-683页中公开的那样，需要多个线性调频元件，每个元件接收被线性调频的RF脉冲。具体而言，当线性增加频率施加于阵列中的多个线性调频元件中的每个的驱动器时，随着根据Bragg条件产生阵列的每个准直光束的连续角度扫描，设置具有在时域内间距(pitch)增加的相位光栅(phase grating)，由此产生斑点阵列的线性扫描。在高频切断时，驱动器信号设定为零，由此允许消耗线性调频元件中的声学能量，并在下一扫描开始之前使斑点复位。

在Marshall所著书的第682-683中教导了两种声波阵列扫描仪，包括带宽倍增扫描仪和分辨率倍增扫描仪。在第一种情况下，大量独立驱动的、小的并且紧密设置的传感器(transducer)并列安装在由氧化碲(TeO₂)玻璃以及由四氧化钼铅(PbMoO₄)和TeO₄晶体制成的声光介质上。第二种情况的声光阵列包括串联设置的元件。各具有特定分辨率(每行上的点)的扫描仪阵列通过使用复杂的光学装置可产生更高的分辨率(每行上的点)。

相反，在本发明中使用的声光器件104采用单晶，它在一系列输入RF脉冲基础上可有效地产生多个行移透镜。该器件中的单晶由与光源相容的材料构成，优选具有由用于紫外光(UV)的熔融硅石、用于红外光的砷化镓(GaAs)或用于可见光的TeO₂制成的声光介质，尽管也可使用其它公知材料。该晶体在每个主要侧面上具有防反射涂层，对于采用的波长来说，两侧的比率小于0.5％。在一个典型实施例中，由熔融硅石制成的器件将在纵向声学模式，在266nm的波长，并在200MHz的中心频率，以130MHz的带宽操作。RF功率小于3.0瓦。在本典型实施例中，器件的有效孔径可以为1.0mm×60mm“高”乘“长”。

在操作中，如图4中更详细地示出的，如本领域技术人员可以理解的那样，可以是单宽准直光束或多个准直光束的激光401将施加于一个主表面411上。RF发生器430向RF输入端口(SNA连接器)413提供一系列“线性调频”或脉动RF波形431、432、433等，在典型实施例中它们最好在持续时间和振幅上是相同的，但是根据行移透镜的所希望的光学效果，可以是不同的。该端口横向于光的路径设置并且能在器件的边缘注入RF波形以及建立横向于该器件的长度方向的压力波，在采用熔融硅石的典型实施例中，压力波的速度为5.96mm/μs或大约是介质中中的声速。穿过该器件介质传播的压力波排列成提供用于激光401的连续的聚焦透镜(focusing lens)421、422，激光401穿过输入主表面411并从输出主表面412射出。每个透镜421、422将在焦点(focal point)443、444聚焦成通过光束(passing beam)441、442，如本领域技术人员能够理解的。

再参见图1，在声光器件104的有源区中产生多个透镜104a、104b、104c的效果是在每个透镜的焦点(focus)154a、154b、154c产生浮动光点。然后浮动光点154a、154b、154c穿过常规准直透镜(collimatinglens)105，并且一组准直光束155a、155b、155c入射到分束器组件的表面106a上。优选地，分束器组件106包括偏振分束器和四分之一波片(quarter-wave plate)，并且入射光束在适当的取向被偏振，如本领域公知的，以便入射光以近100％的效率穿过组件106透射，并且从样品反射的光束以30-100％的良好效率从组件向检测器反射。分束器106穿过所有准直光束155a、155b、155c到达用于成像的物镜107，作为到达被扫描的晶片、光栅或其它样品108的表面上的多个光束156a、156b、156c。由物镜107输出的多个平行光束156a、156b、156c在晶片、光栅或其它样品的表面上聚焦成独立的斑点108a、108b、108c，并且作为平行光束157a、157b、157c被反射和散射。这些被反射和散射的光束157a、157b、157c再次穿过物镜107并射向分束器组件106的背面106b。这些并行反射和散射的光束158a、158b、158c被组件106反射并施加于准直透镜109。

来自透镜109的光束被输出到具有多级、多抽头垂直传送CCD110的照相机上。CCD具有被光束159a、159b、159c之一照明的各个检测区111、112、113。在光束扫描晶片108的表面并产生并行图像流(parallelimage stream)时，带电耦合器件110的每个区111、112、113的元件在每个相应的光束中捕获输出像素。多抽头CCD110的每个区111、112、113具有相应的移位寄存器部分114、115、116，它们对应光束159a、159b、159c。这些并行输入区可以并行读出，由此增加了图像检测器件的处理量。这样，在给定时间周期内，通过向每个移位寄存器输入一系列读出脉冲(readout pulse)可执行并行读出，由此使它们以并行数据流输出它们的内容。

在一般的例子中，具有移位寄存器114的第一区111被通过放大器121输入的区传送信号160a读出。该信号是脉冲串，该脉冲串使移位寄存器通过缓冲器130向输出线161a上串联读出它的数据，其中所述移位寄存器的级已经被并行装载。同样，分别经过放大器122、123给多抽头CCD区112、113的移位寄存器115、116施加用于区2和区3的时钟信号。经放大器132、133串联读出的最终数据提供给数据输出端161b、161c。

来自晶片或样品108的表面的背反射光束157a、157b、157c被多部分抽头线性CCD结构110捕获呈现高度有效的设计。建立结构110以使相同的物镜结构用于扫描和反射光。而且，当来自每个扫描光束的反射光施加于分段的CCD结构110时，由扫描样品的各个部分产生的信息的内容并行地传送到临时移位寄存器，然后串联读出。从CCD110的多区的传送可提供高数据处理量，这在晶片检测系统中是非常希望的结果。

用于实际照相机设计的传感器500的典型实施例示于图5中。该器件是具有2048个像素501的线性CCD，每个像素具有水平尺寸为16μm，垂直尺寸为64μm的像素尺寸，并且像素间距为16μ。2048个像素被分成64个独立部分502，每部分各具有32个像素501，每个像素501具有到第一临时存储级(storage stage)504的输出503，该输出503与在其部分502中的其它31个像素的输出并行提供。部分502设置成与其它部分直接相邻。在替换实施例中，存在128个输出，每个抽头只有16个像素，以便提供更高的速度。每个第一临时存储级504的32个值被各个时钟TCK1-TCK64并行读出到各个第二层存储级505，并且所有第二层存储级505响应单时钟TCK而被读出到各个读出移位寄存器级506。每个读出移位寄存器级506中的32个字节被时钟输入CR1、CR2以时钟信号串联输出，并且从寄存器输出的电压模式模拟提供给64个部分502的每个的各个输出端口OS1-OS64。适当的电压V_AB和V_set施加于该器件，用于适当的操作，如本领域技术人员可理解的。具有这种结构的传感器可设计成具有20-40MHz的数据率(1.0-1.6MHz线频率)，并以每秒2.0-3.2Gpix输出。

再次如图1所示，斑点时序是如此设计的：对于单个CCD部分114-116将只是单斑点。事实上，在使用图5和图10的线性传感器的束扫描仪典型实施例中，一次只有64个传感器段(sensor segment)的第1/6将接收输入，其中每个传感器段具有用于32个像素的存储器。单一光束输入到多个段中产生了延迟，这使在光束移动到下一部分时存储和读出处理成为必要。借助例子但不作为限制，图2中只示出了用于两个斑点的时序图(timing diagram)，但是根据以下教导可以很容易推断出可具有额外的斑点。在图中，时间(t)线200提供通过多个斑点扫描晶片、光栅的表面或其它表面的参考。斑点沿着x(纸的水平)方向扫描，同时该表面以预定速度在y(纸的垂直)方向移动。首先，斑点1位于晶片的部分1上并提供晶片或其它表面的扫描贯穿部分1，如在时间周期201期间在部分211中所示的。由于该表面因晶片等在工作台上移动而向上移动，扫描向右转动一个角度。如处理部分220中所示，第二个斑点没有开始扫描。由于在时间周期201期间只有第一斑点扫描，因此没有数据从处理部分230的部分1或处理部分240的部分2透射，也没有数据在处理部分250输出。

在第二时间周期202期间，由斑点1进行的部分1的扫描已经完成，并且开始扫描部分2，如由扫描线212的部分所示。同时，第二斑点开始对部分1的扫描，如由扫描线221所示的。在时间周期202开始时，在周期201期间在部分1的扫描期间获得的所有数据将在231并行输出。但是，由于此时没有对于部分2积累的数据，因此在处理部分240中没有输入。然而，在231从部分1并行传送的数据在时间周期202期间被串联地输出，如数据部分1输出251所示。

在周期203开始时，斑点束1开始在213的区3的扫描，同时斑点束2开始在222的部分2的扫描。在处理部分230中，由斑点2在部分1中积累的数据在232传送，同时在部分2的斑点1的数据在241传送。在时间周期203期间，用于每个部分1和2(由扫描221、212收集)的数据分别在252和253串联读出。清楚地，对于使用10个光束和具有线性扫描仪的64个部分的典型实施例，光束必须扫描晶片等的表面的一部分，以便在返回到开始另一扫描之前，CCD的至少6个部分从每个光束接收输入。这样，在输出数据中存在与6个部分的扫描可比的延迟。光束扫描和CCD输出之间的同步将是很容易实现的，以便实现最佳输出。

图3示出了被检测的晶片、光栅等物体的实际表面300。水平方向的分割0-12区别独立像素(光正方形301-312)的位置，并且这些像素中的几个(301、304、307和310)是用于扫描的扫描开始位置(scanstart position)，扫描是在垂直于晶片、光栅或其它物体的移动方向的方向进行的。这种运动是在由数字0-10标记的方向进行的。晶片本身将被单串(single series)的多个光束350、360和370扫描，并且在下一串重复光束扫描，如在图中右侧、在像素10的扫描串350’的开始所示的。在利用常规传送台装置170移动晶片时(图1)，如垂直方向的行进数(progression of number)0-10所示的，光束将表现为在整个晶片表面进行对角扫描。因此，在第一串扫描中，斑点350在区1的点301开始。然后，在它扫描时，斑点350向区2的像素302、区3的像素303等移动。第二斑点360在区1的点304开始，并且移动到区2的点305，区3的点306、区4的点307等。斑点370的类似运动在区1中的点7开始。第二串扫描以斑点350’的再次起动而开始，但是现在是在区1的点310开始。在第二次扫描中将进行斑点360和370的类似的重复扫描，并且，当工作台170移动晶片时将在下一串中进行斑点350-370的类似的重复扫描。如在这个扫描中给定的，可以看到晶片整个区域的并行读出。

第二典型实施例示于图6A中，其中系统600基本上与图1的实施例相同，但是不同之处在于它使用分束器从每个行移透镜产生多个光束。具体而言，激光器601产生光束输出651，该光束651施加于常规束成形器602，以便以公知的方式形成具有均匀强度束分布的光束。准直光束652施加于常规反射镜603，用于将光束653引导到具有声光行移透镜604的操作透镜系统。行移透镜声光器件604可操作以便将成形光束653转换成多个光束654a、654b、654c。而且，为了方便起见以举例形式示出了三个光束，但是光束的数量可以是更多的，并且在典型实施例中可以是十个或更多个同时扫描的光束。行移透镜声光器件604响应每个线性调频RF脉冲串，从而在行移透镜器件604的有源区中形成多个连续透镜(sequential lens)之一。在声波脉冲穿过器件604运行时，相关的透镜将移动，使它们的光束分别以扫描的方式移动。声光器件604的有源区中的多个透镜604a、604b、604c将导致在行移透镜声光器件的焦点654a、654b、654c位置上产生多个浮动光点，然后浮动光点654a、654b、654c穿过常规准直透镜605。

与第一实施例不同，从准直透镜605输出的多个光束穿过Damman光栅或分束器640(在所示实施例中为1×3类型，但是其它分离比例也是在本发明的范围内)，导致产生束群655a、655b、655c。分离可以利用本领域公知的任何措施来进行，只要每个分离光束的能量基本上相等即可。这些光束群的每个包括入射到分束器组件606表面上的多个斑点束(655a_1-3、655b_1-3、655c_1-3-未示出)，并且这些斑点束射到物镜607上，用于作为入射到被扫描的样品608的表面上的多个光束656a_1-3、656b_1-3、656c_1-3而成像。又物镜607输出的多个平行光束656a_1-3、656b_1-3、656c_1-3聚焦到样品的表面上的区域608a、608b、608c上。每个区域被来自束群655a、655b、655c的单独光束的单独的浮动光点扫描，并且在典型实施例中，产生如图6B所示的扫描线结构，其中来自单独光束656a₂、656b₂、656c₂的扫描聚集成组，但是在时间和位置上是偏离的。来自这些扫描的光以平行光束返回(具有三个扫描的每个的三个光束-未示出)，并再次穿过物镜607并入射到分束器组件606的背面上。这些平行反射光束被组件606反射并施加于准直透镜(collimating lens)609。

来自透镜609的光束659a_1-3、659b_1-3、659c_1-3被输出到三个照相机上，其中每个照相机具有各自多级、多抽头、垂直传送的CCD610A、610B、610C，并具有类似于图1的实施例中的线性CCD的结构和功能。这种结构还提高了图像检测器件的处理量和分辨率。

在图7A所示的另一典型实施例中，来自光源的激光可穿过第一分束器组件710，其中所述激光可包括如已经公开的多个浮动光点或单个斑点。通过激光偏振的适当取向，分束器710将使激光701通过第一表面710a但使从样品从相对表面710b返回的光反射。通过的激光702将通过环形反射镜，该环形反射镜具有使激光通过的中心孔720a和反射暗场光704的反射环形表面720b。照射到样品708表面上的激光703将作为暗场光704和明场光705被反向反射。暗场光704与明场光705由环形反射镜720的表面720b分离，该表面720b使暗场光反射和使明场光通过。暗场光704被具有高灵敏度的光电倍增管740检测。明场光反向通过孔720a并被表面710b向CCD730反射，CCD730可以是多级或单级CCD，并具有比PMT低的灵敏度但是具有比其高的速度。

在替换实施例中，提供环形照明形式的激光器751，穿过分束器组件770并通过反射镜760、到达物镜757，以样品758的表面上聚焦。反射镜760足够小以至于不会阻挡环形照明，但是足够大以至于将散射到环面的内部的光的主要部分反射到检测器780。分束器组件770可以是简单的部分反射分束器，或者可以是偏振分束器/四分之一波片组合，如在组件106中那样，但是是环形的。

代表暗场和明场成分的反射光射到分束器770的表面上，并且明场光向CCD790反射。暗场光穿过分束器770射向反射镜760，反射镜的表面将该光反射到PMT，用于检测。

现在参照图8A，其中示出了根据本发明实施例的暗场环形照明系统808。系统808类似于图7B的系统750，但是包括暗场光学装置900来代替PMT780。

应该注意的是图8A的系统808以及图8B的系统818可包括另外的光学部件，如但不限于：(i)空间滤波器，它可以位于物镜和成像透镜之间，用于防止由被测物体的重复图形产生的干涉图样；(ii)中继透镜(relay lens)，(iii)自动聚焦光学器件。为了简要说明，未示出这些部件。

暗场光学装置包括成像透镜992，后面是分束器995，而分束器995后面是两个空间滤波器993和994，然后是多个波导，如光纤800，它们将穿过空间滤波器993和994的透明部分的暗场成分到达读检测器，如PMT检测器780。分束器995最好是“50-50”分束器，即反射和透射的入射光的部分相等，而与偏振、角度或位置无关。如图10所示，通常(mostly)不透明的板993包括多个透明部分(称为“孔”)999，而光纤如光纤800设置成可以收集通过该孔的光。每对孔和相应的光纤900形成收集带。应该注意的是板994类似于板993，但是其孔偏移，以至于限定的收集带覆盖收集带993之间的所有区域，并与收集带993轻微重叠。需要轻微重叠是为了保证在存在光学和机械不准确性和偏离的情况下产生无间隙的暗场像。根据本发明的一个方案，每个收集带大约为200个像素长，并且重叠的是8个像素长。应该注意的是其它尺寸和重叠比例也可以实现。

限定收集带以便确保单个收集带将一次接收高达单个斑点的光。因而，每个收集带的长度小于两个相邻斑点之间的距离。

根据本发明的一个方案，单个滤波器拒绝来自重复图形的干涉条纹并限定收集带。

图8C示出了类似于图8A的系统808的系统828，但是分束器995后是两个成像透镜992”，代替了在其之前的成像透镜992。

现在参见图8B，其中示出了根据本发明实施例的系统818。系统818类似于图7B的系统750，但是包括暗场光学装置902，其代替PMT780。暗场光学装置902类似于暗场光学装置900，但是可调节以从暗场光学装置900以外的不同区域接收暗场光。

图9示出了斑点850_1、850_2、850_3和重叠矩形成形收集带852_1-852_5。收集带重叠以便提供物体表面的无间隙暗场像。应该注意的是图9以及本申请的其它图不是按比例绘制的。

应该注意的是暗场检测的时序可类似于图2的时序图，但是不同之处在于暗场收集带重叠(明场CCD收集带不重叠)，因为暗场检测器具有单一输出并且不需要读出周期或并行-串联转换。一般来说，检测的时序方案应该与扫描时序同步。

还应该注意的是系统808、818、和828可以包括附加分束器，如图6B的Damman光栅640，而包括这种分束器需要配置暗场光学装置以收集各种暗场要素(dark field elements)。图12示出了由具有Damman光栅的系统限定的收集带，其中所述光栅将每个光束群分成三个光束群。因而，在转换成三个扫描线的单个扫描线和图9的斑点850_1、850_2和850_3被转换成三组斑点：斑点850_1、850_2、850_3；斑点850’_1、850’_2、850’_3；和斑点850”_1、850”_2、850”_3。此外，图9的收集带852_1-852_5被转换成收集带852_1-852_5、收集带852’_1-852’_5以及收集带852”_1-852”_5。

还应该注意的是任何系统808、818和828可包括附加暗场光学装置，用于抑制由被测物体上的重复图样产生的衍射条纹。图8D示出了类似于图8B的系统818的系统838，但是它具有防止所述条纹的附加中继光学装置1002、光瞳1004和空间滤波器1006。中继光学装置1002将来自被测样品的散射光成像到所述物体的傅立叶平面(Fourierplane)，其中光瞳1004和空间滤波器位于该平面内。所述空间滤波器可包括可结构式空间滤波器，如可控制微型光栅(micro-shutter)的阵列。所述空间滤波器可选自一组空间滤波器，它们可以根据被测物体而被代替。

图11示出了用于检测样品的方法980。方法980开始于步骤982，该步骤是从单个光源提供多个斑点束。步骤982之后进行步骤984，即在样品表面上扫描所述多个斑点束，由此产生相应的反射光束和透射光束中的至少之一的多个光束。反射光束和透射光束的至少之一包括明场和暗场成分。应该注意的是图8A和8B示出了检测反射和背散射光束的系统，但是其它系统可检测透射和透射散射(through-scattered)光束，或者甚至可检测透射和反射光束。步骤984之后进行步骤986，即检测暗场成分。

参见图13，其中示出了多个PMT检测器如PMT检测器780和能存储检测信号和重构暗场像的一部分电路。

每个PMT检测器(780)连接到PMT前级放大器板(782)上，而后者连接到模数转换器(784)。每个模数转换器由时序信号(timingsignal)控制，而时序信号与扫描信号同步，以便确保来自PMT的检测信号被转换和后来只在如下时间间隔期间被储存：其中在该时间间隔中，期望PMT收集带接收由某个斑点和被测物体之间的相互作用产生的信号。该时序信号由时序信号发生器786提供给所有A/D元件。应该注意的是各种组合可以提供合适的时序信号。例如，每个模数转换器可另外连接到延迟元件，该延迟元件响应相关PMT检测器的位置而可延迟来自时序信号发生器的时序信号。在这种结构中，时序信号发生器向所有延迟元件提供相同的信号，并且响应每个延迟元件的延迟而确定时序。其它结构可以不需要单独的延迟元件，但是可以包括向每个PMT检测器提供单独的时序信号(timing signal)。

如图13所示，每个模数转换器连接到储存机构(storage entity)，如FIFO堆栈788，用于储存从PMT检测器780提供并被转换器784数字化的连续检测信号。根据本发明的一个方案，模数转换器的采样和存储处理允许每个FIFO机构储存单个像素。相应地，一旦光斑已经扫描了整个扫描路径，则各个PMT的FIFO将包括2048个像素加上预定量的重叠像素。从FIFO堆栈的进入内容的恢复(retrieval)能构成暗场像。方便的是可在像素组基础上进行像素的分析(和恢复)，所述组包括相同扫描线的像素。

本发明人发现包括十二个PMT检测器、大约9到10个模拟照明斑点和用于每个束群的2048个像素扫描线的结构可以是非常有效的，尽管也可以使用其它结构而不会超出本发明的范围。

上述的暗场光学装置结构特别适合于从多个平行光束产生散射光的图像(即暗场)，还可以用于从多个平行光束产生反射或透射光的图像(即明场)，区别只在于分束器、空间滤波器和反射镜的组合，这些部件选择与样品相互作用的光的部分并将该光引向检测器组件。

前面已经关于某些典型实施例介绍了本发明，但是不限于此，如根据适用的法律所阐释的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (32)

1.一种用于检测样品的系统，包括：

提供光束的光源；

RF发生器，其产生RF输入信号；

行移透镜声光器件，其具有有源区并且响应所述RF输入信号而在所述有源区中同时产生多个行移透镜，每个行移透镜具有焦点，所述行移透镜声光器件可操作以接收光束和在每个所述行移透镜的各个焦点处产生多个斑点束，所述多个斑点束扫描所述样品的第一表面，由此产生相应的反射光束和透射光束中的至少之一的多个光束；其中反射光束和透射光束的至少之一包括明场和暗场成分；和

用于引导和检测暗场成分的暗场光学装置。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述暗场光学装置可操作以检测所述样品的第一表面的暗场像。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述暗场光学装置可操作以检测被测样品的第一表面的无间隙暗场像。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述暗场光学装置限定多个收集带。

5.根据权利要求4所述的系统，其中多个收集带被至少一个空间滤波器和多个物体限定，其中所述多个物体是液体光导器件或光纤。

6.根据权利要求4所述的系统，其中所述收集带部分地重叠。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述暗场光学装置还包括至少一个暗场分束器。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述至少一个暗场分束器之后跟随着至少一个空间滤波器和多个物体，所述多个物体是液体波导或光纤。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述暗场光学装置包括成像透镜，成像透镜后面是分束器，而所述分束器后面是至少一个空间滤波器，用于在光电倍增管检测器处形成样品的暗场像。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述输入信号包括线性调频RF脉冲，每个脉冲可操作以在所述有源区中产生行移透镜。

11.根据权利要求1所述的系统，还包括分束器，该分束器可操作以接收第一多个斑点扫描光束和将每个所述光束分成第二多个斑点扫描光束。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述光源是UV激光器，并且所述系统还包括设置在所述UV激光器和所述行移透镜声光器件之间的光路中的束成形器。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述暗场光学装置包括PMT检测器。

14.根据权利要求1所述的系统，还包括用于防止所述暗场成分中所包含的干涉条纹产生的附加光学器件。

15.根据权利要求1所述的系统，还包括用于检测明场成分的明场光学装置。

16.根据权利要求1所述的系统，还包括用于检测所述明场成分的明场光学装置，并且所述明场成分和所述暗场成分被同时检测。

17.根据权利要求1所述的系统，其中所述RF输入信号包括脉动的射频波。

18.一种检测样品的方法，包括：

从单个光源产生光束；

产生作为RF输入信号的脉动射频波；

向行移透镜声光器件提供所述光束和所述RF输入信号，以在有源区域同时产生多个行移透镜，和在每个产生的行移透镜的各个焦点处产生多个斑点束；

将所述多个斑点束在样品表面扫描，由此产生相应的反射光束和透射光束中的至少之一的多个光束；而反射光束和透射光束的至少之一个光束包括明场和暗场成分；

引导所述明场和暗场成分到检测器；和

在所述检测器检测所述暗场成分。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括从被检测的暗场成分产生暗场像的步骤。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括从被检测的暗场成分产生无间隙暗场像的步骤。

21.根据权利要求18所述的方法，其中检测步骤包括在多个收集带收集所述暗场成分。

22.根据权利要求21所述的方法，其中多个收集带由多个物体和至少一个空间滤波器限定，其中所述多个物体是液体光导或光纤。

23.根据权利要求22所述的方法，其中收集步骤包括分离暗场成分和将分离的暗场成分引向所述收集带。

24.根据权利要求21所述的方法，其中所述收集带部分地重叠。

25.根据权利要求18所述的方法，其中所述扫描步骤包括将所述多个斑点束的各个斑点束在所述样品的不同部分上同时扫描。

26.根据权利要求18所述的方法，其中所述RF输入信号包括一串线性调频RF信号，每个线性调频RF信号控制所述多个斑点束的每个斑点束在所述样品的不同部分的扫描。

27.根据权利要求18所述的方法，还包括使第一多个斑点扫描光束穿过分束器并产生第二多个斑点扫描光束。

28.根据权利要求26所述的方法，还包括改变所述线性调频RF信号以提供选择的行移透镜。

29.根据权利要求18所述的方法，其中所述扫描还包括移动所述样品。

30.根据权利要求18所述的方法，还包括防止所述暗场成分内所包括的干涉条纹的产生。

31.根据权利要求18所述的方法，还包括检测所述明场成分。

32.根据权利要求18所述的方法，还包括同时检测所述明场成分和所述暗场成分。

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