JP2022509599A - 粒子検出のためのラジアル偏光子 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022509599000001
暗視野検査システムは、照明ビームを生成するための照明源と、照明方向に沿って軸外角度で照明ビームをサンプルに向けるための１つまたは複数の照明光学系と、検出器と、照明ビームに応答してサンプルから集光された光に基づいて検出器上にサンプルの暗視野画像を生成するための１つまたは複数の集光光学系と、１つまたは複数の集光光学系の瞳面に位置するラジアル偏光子と、を備えることができ、ラジアル偏光子が、サンプルからの照明ビームの鏡面反射に対応する、瞳面における基準点に対するラジアル偏光を有する光を除去する。

Description

本開示は、概して、粒子検査、より具体的には、暗視野粒子検査に関連する。
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、Ｊｅｎｎ－Ｋｕｅｎ Ｌｅｏｎｇ、Ｄａｎｉｅｌ Ｋａｖａｌｄｊｉｅｖ、Ｊｏｈｎ Ｆｉｅｌｄｅｎ、およびＧｕｏｈｅｎｇ Ｚｈａｏを発明者とする、２０１８年１１月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／７６７，２４６号、発明の名称「ＰＡＲＴＩＣＬＥ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＷＩＴＨ ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＲＥＳＯＬＵＴＩＯＮ ＯＮ ＷＡＦＥＲ ＩＮＳＰＥＣＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ」の優先権を主張するものであり、同仮出願の全文は参照することにより本明細書に組み込まれるものとする。
粒子検出システムは、ウェハ（パターン化されていないウェハなどであるが、これに限定されない）上の欠陥または粒子を特定するために、半導体処理ラインで一般的に利用されている。半導体デバイスのサイズが縮小し続けるにつれて、粒子検出システムは、対応する感度および解像度の増加を必要とする。測定感度を制限する可能性のあるノイズの大きな原因は、ウェハ上の表面散乱であり、これは、光学研磨された表面にも存在する可能性がある。
米国特許出願公開第２０１８／０１８８１８８号 米国特許出願公開第２０１７／０３６３５４７号 米国特許出願公開第２０１６／０３０１９１４号
粒子からの散乱に対して表面散乱を抑制するために様々な方法が提案されてきたが、そのような方法は、所望の感度レベルを達成できないおそれがあり、かつ／または画質の低下を犠牲にして感度を達成するおそれがある。したがって、上記の欠陥を軽減するシステムおよび方法を開発する必要がある。
システムは、本開示の１つまたは複数の例示的な実施形態に従って開示される。１つの例示的な実施形態では、本システムは、照明ビームを生成するための照明源を含む。別の例示的な実施形態では、本システムは、照明方向に沿って軸外角度で照明ビームをサンプルに向けるための１つまたは複数の照明光学系を含む。別の例示的な実施形態では、本システムは、検出器を含む。別の例示的な実施形態では、本システムは、照明ビームに応答してサンプルから集光された光に基づいて検出器上にサンプルの暗視野画像を生成するための１つまたは複数の集光光学系を含む。別の例示的な実施形態では、本システムは、１つまたは複数の集光光学系の瞳面に位置するラジアル偏光子であって、サンプルからの照明ビームの鏡面反射に対応する、瞳面における基準点に対するラジアル偏光を有する光を除去するように構成されるラジアル偏光子を含む。
システムは、本開示の１つまたは複数の例示的な実施形態に従って開示される。１つの例示的な実施形態では、本システムは、照明ビームを生成するための照明源を含む。別の例示的な実施形態では、本システムは、照明方向に沿って軸外角度で照明ビームをサンプルに向けるための１つまたは複数の照明光学系を含む。別の例示的な実施形態では、本システムは、検出器を含む。別の例示的な実施形態では、本システムは、照明ビームに応答してサンプルから集光された光に基づいて検出器上にサンプルの暗視野画像を生成するための１つまたは複数の集光光学系を含む。別の例示的な実施形態では、本システムは、１つまたは複数の集光光学系の瞳面に位置する位相マスクであって、瞳面の集光範囲の２つ以上の領域において光に別々の位相シフトをもたらして、サンプル上の１つまたは複数の粒子から散乱された光の点拡がり関数を再形成するように構成される位相マスクを含み、集光範囲が、１つまたは複数の集光光学系の開口数に対応する。
方法は、本開示の１つまたは複数の例示的な実施形態に従って開示される。１つの例示的実施形態では、本方法は、照明方向に沿って斜めの角度でｐ偏光照明ビームでサンプルを照明することを含む。別の例示的実施形態では、本方法は、照明ビームに応答して、１つまたは複数の集光光学系を用いて暗視野モードでサンプルから光を集光することを含む。別の例示的実施形態では、本方法は、１つまたは複数の集光光学系の瞳面に位置するラジアル偏光子を通してサンプルからの光を伝搬することを含み、ラジアル偏光子が、サンプルからの照明ビームの鏡面反射に対応する、瞳面における基準点に対するラジアル偏光を有する光を除去するように構成される。別の例示的実施形態では、本方法は、瞳面に位置する位相マスクを通してサンプルからの光を伝搬することを含み、位相マスクは、瞳面の集光範囲の２つ以上の領域において光に別々の位相シフトをもたらして、サンプル上の１つまたは複数の粒子から散乱された光の点拡がり関数を再形成するように構成され、集光範囲が、１つまたは複数の集光光学系の開口数に対応する。別の例示的実施形態では、本方法は、照明ビームに応答して、ラジアル偏光子および位相マスクを通って伝播する光に基づいてサンプルの暗視野画像を生成することを含み、サンプルの暗視野画像が、サンプルの表面上の１つまたは複数の粒子によって散乱された光に基づく。
前述の概要および以下の詳細な説明の両方が、例示的かつ説明的なものにすぎず、特許請求される本発明を必ずしも限定するものではないことを理解されたい。本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、概要とともに本発明の原理を説明するのに役立つ。
本開示の多くの利点は、以下の添付の図面を参照することにより、当業者によってよりよく理解され得る。
本開示の１つまたは複数の実施形態による、粒子検出システムの概念図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、斜入射ｐ偏光に応答した表面散乱の瞳面散乱マップである。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、斜入射ｐ偏光に応答した、小さい粒子によって散乱された光の瞳面散乱マップである。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、連続したヘイズ除去偏光子の上面図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、セグメント化されたヘイズ除去偏光子の上面図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、図２Ａの散乱マップ上にオーバーレイされたヘイズ除去偏光子の概念図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、図２Ｂの散乱マップ上にオーバーレイされたヘイズ除去偏光子の概念図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、サブレゾリューション粒子によるｐ偏光の光の電界分布と、そのサブレゾリューション粒子の対応する画像とを含む図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、位相マスクの概念上面図であって、瞳を４つの領域に分割する４つのセグメントと、サブレゾリューション粒子によって散乱されたｐ偏光の光に関連する電界分布と、位相マスクに基づく修正電界分布と、その粒子の対応する再形成画像とを含む図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、瞳を２つのセグメントに分割するための２つのセグメントを含む位相マスクの概念上面図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、位相マスクなしで撮影されたサブ４０ｎｍのシリカ粒子を有するシリコンウェハの画像と、それらの粒子のうちの１つの拡大画像を含む挿入図と、その拡大画像の断面を示すプロットとを含む図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、位相マスクを用いて撮影された、図７Ａに示されたサブ４０ｎｍのシリカ粒子を有するシリコンウェハの画像と、それらの粒子のうちの１つの拡大画像を含む挿入図と、その拡大画像の断面を示すプロットとを含む図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、ヘイズ除去偏光子も位相マスクもなしで撮影されたサブ４０ｎｍのシリカ粒子を有するシリコンウェハの画像と、それらの粒子の断面を示すプロットとを含む図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、ヘイズ除去偏光子および位相マスクの両方を用いて撮影された、図８Ａに示されたサブ４０ｎｍのシリカ粒子を有するシリコンウェハの画像と、それらの粒子の断面を示すプロットとを含む図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、粒子検出のための方法において実行されるステップを示すフロー図である。
添付の図面に示されている、開示の主題をここで詳細に参照する。本開示は、ある特定の実施形態およびその具体的特徴に関して特に図示され、説明される。本明細書に記載の実施形態は、限定的ではなく例示的であると解釈される。本明細書で用いられる場合、「左」、「右」、「上部」、「下部」、「上方」、「下に」、「上側」、「上向きに」、「下側」、および「下がって」などの方向の用語は、説明目的のための相対位置を提供することを目的としており、基準の絶対枠を定める意図はない。本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更および修正を行うことができることは、当業者には容易に明らかであるはずである。
本開示の実施形態は、暗視野イメージングに基づく粒子検出のためのシステムおよび方法に関し、瞳面のヘイズ除去偏光子を利用して、表面散乱（例えば、表面ヘイズ）を選択的にフィルタリングして、表面上の粒子から散乱された光の検出を容易にする。具体的には、ヘイズ除去偏光子は、瞳面にわたって予想される表面ヘイズの偏光分布に対応した、空間的に変化する除去方向を有することができる。本開示の目的の場合、粒子としては、対象のサンプル上の任意の表面欠陥、例えば、これらに限定されないが、異物粒子、引かき傷、ピット、穴、隆起を挙げることができる。
サンプルからの光の散乱角または放出角は、瞳面の空間位置にマッピングされる。したがって、瞳面に配置された偏光子は、散乱角および偏光に基づいて光を選択的にフィルタリングすることができる。本明細書では、粒子から散乱された光と表面から散乱された光とが、散乱角の関数として異なる電界分布（例えば、偏光および電界強度）を示し得ることが認識されている。さらに、電界分布（例えば、散乱マップ）の違いは、斜入射ｐ偏光の場合、特に大きくなり得る。例えば、斜入射ｐ偏光の光からの表面ヘイズは、鏡面反射の角度に対してほぼ放射状に偏光され得るが、粒子からの散乱は、面法線に対してほぼ放射状に偏光され得る。
いくつかの実施形態では、暗視野粒子検出システムは、放射状ヘイズ除去偏光子を含み、この放射状ヘイズ除去偏光子は、放射状ヘイズ除去偏光子の頂角が斜入射ｐ偏光の光の鏡面反射に関連する位置に配置され表面ヘイズを選択的に除去するように、瞳面において方向付けられている。
本開示の追加の実施形態は、粒子によって散乱された光の点拡がり関数（ＰＳＦ）を再形成することに関する。
イメージング解像度（例えば、照明波長よりもはるかに小さい）よりも小さい物体（例えば、粒子）の画像は、一般に、イメージングシステムのＰＳＦによって制限される。しかしながら、瞳面における特定の電界分布（例えば、集光された光の角度および偏光）は、そのような物体の画像を、より大きくし、かつ／またはシステムＰＳＦとは異なる形状にすることがある。具体的には、斜めのｐ偏光の光で照射されたときのイメージング解像度よりも小さい粒子の暗視野画像（例えば、散乱光または回折光で形成された粒子の画像）は、システムＰＳＦよりも広い範囲に広がる環であることがあり、これは粒子検出感度に悪影響を及ぼす。この環形状と、粒子のＰＳＦまたは画像化されたスポットのサイズの増加とが、検出器上に画像化されたスポットの中心における集光された光の弱め合う干渉に関連することがある。
いくつかの実施形態では、暗視野粒子検出システムは、粒子散乱と関連付けられた画像化されたスポットの中心における集光された光の強め合う干渉を容易にするために、瞳面に位相マスクを含む。これに関して、画像化された粒子のＰＳＦは、狭めることができ、システムのＰＳＦに近くすることができる。
位相マスクは、画像化された粒子のＰＳＦを再形成するのに適した様々な構成を有し得る。いくつかの実施形態では、位相マスクは、瞳面の相異なる領域で光に別々の位相シフトをもたらすための、セグメント化された光学系を含み、少なくとも１つのセグメントが、半波長板から形成される。
本開示の追加の実施形態は、放射状ヘイズ除去偏光子と、画像化された粒子のＰＳＦを再形成するための位相板との両方を瞳面に組み込んだ暗視野粒子検出システムに関する。ウェハ検査は、２０１８年１月１日に発行された米国特許第９，８７４，５２６号、２０１６年３月２２日に発行された同第９，２９１，５７５号、２０１４年１１月１８日に発行された同第８，８９１，０７９号、および２０１８年２月１３日に発行された同第９，８９１，１７７号に概説されており、これらの特許は全てその全文が本明細書に組み込まれるものとする。
ここで、図１～図９を参照して、高感度粒子検出のためのシステムおよび方法をより詳細に説明する。
図１は、本開示の１つまたは複数の実施形態による、粒子検出システム１００の概念図である。一実施形態では、粒子検出システム１００は、照明ビーム１０４を生成するための照明源１０２と、照明ビーム１０４をサンプル１０８に向けるための１つまたは複数の照明光学系を含む照明経路１０６と、サンプル１０８から放出される光（例えば、サンプル光１１２）を集光するための１つまたは複数の集光光学系を含む集光経路１１０と、を含む。例えば、集光経路１１０は、サンプル光１１２の少なくとも一部を集光するための対物レンズ１１４を含み得る。サンプル光１１２としては、照明ビーム１０４に応答してサンプル１０８から放出される任意のタイプの光を含むことができ、散乱光、反射光、回折光、または発光が挙げられるが、これらに限定されない。
照明ビーム１０４としては、１つまたは複数の選択された波長の光を含むことができ、紫外線（ＵＶ）放射、可視放射、または赤外線（ＩＲ）放射が挙げられるが、これらに限定されない。例えば、照明源１０２は、約３５０ｎｍよりも短い波長を有する照明ビーム１０４を提供することもできるが、提供しなくてもよい。別の例として、照明ビーム１０４は、約２６６ｎｍの波長を提供してもよい。別の例として、照明ビーム１０４は、約２１３ｎｍの波長を提供してもよい。本明細書では、照明ビーム１０４の波長を低減すると、イメージング解像度および小さな粒子からの散乱信号が概して増加し得るように、イメージング解像度および小さな粒子による光散乱（例えば、照明ビーム１０４の波長に対する）の両方が、波長に概して比例していることが認識されている。したがって、照明ビーム１０４としては、短波長光を含むことができ、極紫外（ＥＵＶ）光、深紫外（ＤＵＶ）光、または真空紫外（ＶＵＶ）光が挙げられるが、これらに限定されない。
照明源１０２としては、当技術分野で既知の任意のタイプの光源を含むことができる。さらに、照明源１０２は、任意の選択された空間的または時間的コヒーレンス特性を有する照明ビーム１０４を提供することができる。一実施形態では、照明源１０２としては、１つ以上のレーザー源を含み、例えば、１つまたは複数の狭帯域レーザー源、１つまたは複数の広帯域レーザー源、１つまたは複数のスーパーコンティニュームレーザー源、または１つまたは複数の白色光レーザー源が挙げられるが、これらに限定されない。別の実施形態では、照明源１０２としては、レーザー駆動光源（ＬＤＬＳ）を含み、例えば、レーザー持続プラズマ（ＬＳＰ）源が挙げられるが、これに限定されない。例えば、照明源１０２としては、これらに限定されないが、ＬＳＰランプ、ＬＳＰ電球、またはレーザー源によって励起されプラズマ状態になると広帯域照明を発することができる１つまたは複数の要素を収容するのに適したＬＳＰチャンバを挙げることができる。別の実施形態では、照明源１０２としては、ランプ源を含み、例えば、アークランプ、放電ランプ、または無電極ランプが挙げられるが、これらに限定されない。
別の実施形態では、照明源１０２は、整調可能な照明ビーム１０４を提供する。例えば、照明源１０２としては、整調可能な照明源（例えば、１つまたは複数の整調可能なレーザーなど）を含むことができる。別の例として、照明源１０２としては、任意の組み合わせの固定または整調可能なフィルタに結合された広帯域照明源を含むことができる。
照明源１０２は、さらに、任意の時間プロファイルを有する照明ビーム１０４を提供することができる。例えば、照明ビーム１０４は、連続的な時間プロファイル、変調された時間プロファイル、パルス化された時間プロファイルなどを有することができる。
本明細書では、表面ヘイズの強度は、複数の要因に依存し得ることが認識されており、複数の要因には、照明ビーム１０４の入射角または偏光が含まれるが、これらに限定されない。例えば、表面ヘイズの強度は、近垂直入射角では比較的高く、より大きい入射角では低下し得る。一実施形態では、照明経路１０６は、照明ビーム１０４を斜入射角でサンプル１０８に向けて表面ヘイズの発生を低下させるために、１つまたは複数の照明光学系を含み得、例えば、レンズ１１６、ミラーを含み得るが、これらに限定されない。斜入射角としては、一般に、任意の選択された入射角を含むことができる。例えば、入射角は、面法線に対して６０度を超えてもよいが、超えていなくてもよい。
別の実施形態では、照明経路１０６は、照明ビーム１０４を修正および／または調整するのに適した１つまたは複数の照明ビーム調整構成要素１１８を含む。例えば、１つまたは複数の照明ビーム調整構成要素１１８としては、１つまたは複数の偏光子、１つまたは複数の波長板、１つまたは複数のフィルタ、１つまたは複数のビームスプリッタ、１つまたは複数の拡散器、１つまたは複数のホモジナイザ、１つまたは複数のアポダイザ、または１つまたは複数のビーム整形器を挙げることができるが、これらに限定されない。一実施形態では、１つまたは複数の照明ビーム調整構成要素１１８としては、サンプル１０８上にｐ偏光照明ビーム１０４を提供するように方向付けられた偏光子または波長板を含む。
別の実施形態では、粒子検出システム１００は、集光経路１１０によって集光されたサンプル光１１２の少なくとも一部をキャプチャするように構成された検出器１２０を含む。検出器１２０としては、サンプル１０８から受光した照明を測定するのに適した当技術分野で既知の任意のタイプの光学検出器を含むことができる。例えば、検出器１２０としては、サンプル１０８の画像をキャプチャするのに適したマルチピクセル検出器を含むことができ、例えば、電荷結合素子（ＣＤＤ）検出器、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）検出器、時間遅延積分（ＴＤＩ）検出器、光電子増倍管（ＰＭＴ）アレイ、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）アレイなどが挙げられるが、これらに限定されない。別の実施形態では、検出器１２０としては、サンプル光１１２の波長を特定するのに適した分光検出器を含む。
集光経路１１０は、サンプル光１１２を方向付けるおよび／または修正するための任意の数のビーム調整要素１２２を含むことができ、ビーム調整要素１２２としては、１つまたは複数のレンズ、１つまたは複数のフィルタ、１つまたは複数の開口、１つまたは複数の偏光子、または１つまたは複数の位相板が挙げられるが、これらに限定されない。
一実施形態では、図１に示されるように、集光経路１１０は、瞳面１２４にまたはその近くに配置された１つまたは複数のビーム調整要素１２２を含む。例えば、以下でより詳細に説明されるように、集光経路１１０は、例えば、瞳面１２４におけるまたはその近くにおけるヘイズ除去偏光子（例えば、ラジアル偏光子など）または位相マスクなどであるが、これらに限定されない、ビーム調整要素１２２を含むことができる。これに関して、粒子検出システム１００は、検出器１２０上に画像を生成するために使用されるサンプル光１１２の選択された態様を制御および調節することができ、これらの態様には、散乱角および／またはサンプル上の位置の関数としてのサンプル光１１２の強度、位相、および偏光が含まれるが、これらに限定されない。
さらに、集光経路１１０は、任意の数の瞳面１２４を有することができる。例えば、図１に示されるように、集光経路１１０は、瞳面１２４の画像を生成するための１つまたは複数のレンズ１２６と、検出器１２０上にサンプル１０８の表面の画像を生成するための１つまたは複数のレンズ１２８とを含むことができる。しかしながら、本明細書では、限られた数のビーム調整要素１２２を、特定の瞳面１２４にまたは特定の瞳面１２４の十分近くに配置して、所望の効果をもたらすことができることが認識されている。したがって、本開示の目的の場合、瞳面１２４における１つまたは複数の要素への言及は、通常、瞳面１２４にあるまたは瞳面１２４に十分に近い、所望の効果を生み出す１つまたは複数の要素を説明したものであり得る。いくつかの実施形態では、図示しないが、集光経路１１０は、任意の数のビーム調整要素１２２を瞳面１２４にまたはその近くに配置することができるように、１つまたは複数の追加の瞳面１２４を生成するための追加のレンズを含むことができる。
別の実施形態では、粒子検出システム１００は、メモリ媒体１３４（例えば、メモリ）上に維持されたプログラム命令を実行するように構成された１つまたは複数のプロセッサ１３２を含むコントローラ１３０を含む。さらに、コントローラ１３０は、粒子検出システム１００の任意の構成要素に通信可能に結合することができる。これに関して、コントローラ１３０の１つまたは複数のプロセッサ１３２は、本開示全体を通して説明される様々なプロセスステップのいずれも実行することができる。例えば、コントローラ１３０は、検出器１２０からの（例えば、サンプル１０８の画像と関連付けられた）データを受信、分析、および／または処理することができる。別の例として、コントローラ１３０は、制御信号を使用して、粒子検出システム１００の任意の構成要素に対して制御するか、そうでなければ命令することができる。
コントローラ１３０の１つまたは複数のプロセッサ１３２としては、当技術分野で既知の任意の処理要素を含むことができる。この意味において、１つまたは複数のプロセッサ１３２としては、アルゴリズムおよび／または命令を実行するように構成された任意のマイクロプロセッサタイプのデバイスを含むことができる。一実施形態では、１つまたは複数のプロセッサ１３２は、デスクトップコンピュータ、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、イメージコンピュータ、並列プロセッサ、または本開示全体を通して説明されるように、粒子検出システム１００を動作させるように構成されたプログラムを実行するように構成された他の任意のコンピュータシステム（例えば、ネットワークコンピュータ）からなり得る。さらに、「プロセッサ」という用語は、非一時的なメモリ媒体１３４からのプログラム命令を実行する、１つまたは複数の処理要素を有する任意のデバイスを包含するように広く定義され得ることが認識されている。さらに、本開示全体を通して説明されるステップは、１つのコントローラ１３０、または、代替的に、複数のコントローラによって実行されることができる。さらに、コントローラ１３０としては、共有のハウジング内または複数のハウジング内に収容された１つまたは複数のコントローラを含むことができる。このようにして、任意のコントローラまたはコントローラの組み合わせを、粒子検出システム１００への統合に適したモジュールとして別個にパッケージ化することができる。
メモリ媒体１３４としては、関連付けられた１つまたは複数のプロセッサ１３２によって実行可能なプログラム命令を格納するのに適した当技術分野で既知の任意の記憶媒体を含むことができる。例えば、メモリ媒体１３４としては、非一時的なメモリ媒体を含むことができる。別の例として、メモリ媒体１３４としては、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気または光メモリデバイス（例えば、ディスク）、磁気テープ、ソリッドステートドライブなどを挙げることができる。さらに、メモリ媒体１３４は、１つまたは複数のプロセッサ１３２を備えた共有のコントローラハウジングに収容することができることに留意されたい。一実施形態では、メモリ媒体１３４は、１つまたは複数のプロセッサ１３２およびコントローラ１３０の物理的位置に対して遠隔に位置してもよい。例えば、コントローラ１３０の１つまたは複数のプロセッサ１３２は、ネットワーク（例えば、インターネット、イントラネットなど）を介してアクセス可能なリモートメモリ（例えば、サーバ）にアクセスすることができる。したがって、上記の説明は、本発明に対する限定として解釈されるべきではなく、単なる例示として解釈されるべきである。
本明細書では、粒子検出システム１００は、当技術分野で既知の任意のタイプの画像ベースの粒子検出システムとして構成することができることが考えられる。一実施形態では、図１に示されるように、粒子検出システム１００は、鏡面反射光を排除するための暗視野イメージングシステムである。これに関して、粒子検出システム１００は、サンプル１０８を、主に散乱光に基づいて画像化することができる。暗視野イメージングは、当技術分野で既知の任意の技術を使用してさらに実施することができる。一実施形態では、対物レンズ１１４の向きおよび／または開口数（ＮＡ）は、対物レンズ１１４が鏡面反射光を集光しないように選択することができる。例えば、図１に示されるように、対物レンズ１１４は、サンプル１０８に対してほぼ垂直に方向付けられており、そのＮＡは、照明ビーム１０４の鏡面反射部分を含まない。さらに、対物レンズ１１４は、約０．９以上のＮＡを有することができるが、有していなくてもよい。別の実施形態では、粒子検出システム１００は、鏡面反射が検出器１２０に到達するのを阻止するための１つまたは複数の構成要素を含んでもよい。
ここで、図２Ａ～図４Ｂを参照すると、瞳面偏光フィルタリングがより詳細に説明されている。
一実施形態では、粒子検出システム１００は、集光経路１１０（例えば、集光光学系）の瞳面にヘイズ除去偏光子を含み、サンプル１０８の表面から散乱された光（例えば、表面ヘイズ）を優先的に除去するが、この光は、粒子検出用途においてノイズと見なされ得るものである。これに関して、サンプル１０８の画像は、主に、１つまたは複数の粒子（または表面における他の欠陥）によって散乱された光から形成されることができる。
図２Ａは、本開示の１つまたは複数の実施形態による、斜入射ｐ偏光に応答した表面散乱（例えば、表面ヘイズ）の瞳面散乱マップ２０２である。図２Ｂは、本開示の１つまたは複数の実施形態による、斜入射ｐ偏光に応答した、小さな粒子（例えば、粒子検出システム１００のイメージング解像度または照明ビーム１０４の波長に対して小さい）によって散乱された光の瞳面散乱マップ２０４である。
具体的には、散乱マップ２０２、２０４は、白が最高強度であり黒が最低強度である陰影によって示された電界強度を含む。さらに、散乱マップ２０２、２０４は、オーバーレイされた楕円によって示された、瞳面１２４における集光角度（例えば、散乱角）の関数としての光の偏光配向を含む。散乱マップ２０２、２０４は、瞳面１２４の集光範囲２０６によって境界が定められており、この集光範囲は、サンプル光１１２が粒子検出システム１００によって集光される角度範囲と関連付けられている。例えば、集光範囲２０６は、対物レンズ１１４の開口数（ＮＡ）に対応し得る。
散乱マップ２０２、２０４は、図１に示される粒子検出システム１００の構成に基づいている。したがって、鏡面反射角２０８は、照明方向２１０に沿って集光範囲２０６の外側（例えば、図２Ａの円形集光範囲２０６の右側で集光範囲２０６の外側）に位置する。
加えて、散乱マップ２０２、２０４は、多種多様な材料からの散乱を表すことができ、これらの材料としては、シリコン、エピタキシャル、およびポリシリコンウェハが挙げられるが、これらに限定されない。ただし、この散乱マップ２０２、２０４は、例示の目的のためだけに提供されたものであり、本開示を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。
図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、粒子によって散乱された光の電界分布（例えば、電界強度および偏光配向）は、特に照明ビーム１０４がｐ偏光されている場合、表面によって散乱された光の電界分布と実質的に異なることがある。例えば、表面ヘイズに関連するサンプル光１１２は、一般に、図２Ａに示されるように、集光範囲２０６の鏡面反射角２０８に対して略半径方向の偏光分布を示す。対照的に、粒子散乱に関連するサンプル光１１２は、一般に、図２Ｂに示されるように、面法線に対して略半径方向の偏光分布を示す。さらに、散乱されたサンプル光１１２の偏光は、一般に、楕円形である。図２Ａおよび図２Ｂから分かるように、瞳面１２４におけるほとんどの位置で、楕円は非常に細長く、これは、一方の直線偏光成分が他方の直線偏光成分よりもはるかに強いことを意味する。小さな粒子から散乱されたサンプル光１１２（例えば、図２Ｂ）の場合、偏光は、瞳の中心近くでより楕円形となることがあり、これは、２つの直線偏光成分が、おおよそ同等の大きさであり得ることを意味する。ただし、瞳のこの領域における光の強度は、比較的低く、小さな粒子からの合計の散乱信号にはほとんど寄与しない。
一実施形態では、粒子検出システム１００は、表面ヘイズを優先的に除去するために、瞳面１２４にまたはその近くに位置する偏光子を含む。一般的な意味で、瞳面１２４にまたはその近くに配置された偏光子は、任意の既知の、測定された、シミュレートされた、またはそうでなければ予想された光の偏光に対応した空間的に変化する偏光フィルタリングをもたらすように設計することができる。本開示の文脈において、瞳面１２４にまたはその近くに配置された偏光子は、瞳面１２４における既知の電界分布に基づいて、表面ヘイズを優先的にフィルタリングすることができる。したがって、いくつかの実施形態では、粒子検出システム１００は、瞳面１２４にまたはその近くに位置する放射状ヘイズ除去偏光子を含み、図２Ａに示されるほぼ放射状に偏光された表面ヘイズを優先的に除去する。
ここで、図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、放射状ヘイズ除去偏光子３０２の様々な実施形態がより詳細に説明されている。図３Ａは、本開示の１つまたは複数の実施形態による、連続したヘイズ除去偏光子３０２の上面図である。図３Ｂは、本開示の１つまたは複数の実施形態による、セグメント化されたヘイズ除去偏光子３０２の上面図である。
一実施形態では、放射状ヘイズ除去偏光子３０２は、頂点３０６に関して半径方向に方向付けられた空間的に変化する除去方向３０４と、頂点３０６に対して接線方向に方向付けられた、対応する空間的に変化する通過方向３０８とを有する。したがって、瞳面１２４における任意の特定の点について、放射状ヘイズ除去偏光子３０２は、頂点３０６に関して放射状に偏光されたサンプル光１１２を除去（例えば、吸収または反射）し、頂点３０６に対して接線方向に偏光された（例えば、放射状の除去方向３０４に直交する）サンプル光１１２を通過させることができる。
頂点３０６は、ヘイズ除去偏光子３０２の平面内の任意の点に対応することができる。例えば、頂点３０６は、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、ヘイズ除去偏光子３０２上に位置することができる。別の例として、図示しないが、頂点３０６は、ヘイズ除去偏光子３０２の境界３１０の外側にある点に対応してもよい。
別の実施形態では、ヘイズ除去偏光子３０２は、頂点３０６が鏡面反射角２０８（例えば、サンプル１０８からの鏡面反射の角度に対応する、瞳面１２４における基準位置）と一致するように瞳面１２４において位置合わせされる。
放射状ヘイズ除去偏光子３０２は、当技術分野で既知の任意の技術を使用して製造され、放射状偏光の除去を達成することができる。例えば、図３Ａに示されるように、ヘイズ除去偏光子３０２は、連続的に変化する偏光除去角度を有するように形成することができる。これに関して、図３Ａに示されるヘイズ除去偏光子３０２は、連続したヘイズ除去偏光子３０２として作用することができる。
別の例として、図３Ｂに示されるように、ヘイズ除去偏光子３０２は、瞳面１２４にわたって配置された任意の数のくさび形セグメント３１２から形成されてもよく、ここで、各セグメント３１２は直線偏光子である。例えば、各セグメント３１２の除去方向３０４は、図３Ａの連続放射状ヘイズ除去偏光子３０２に近似するように方向付けられることができる。セグメント化されたヘイズ除去偏光子３０２は、選択された角度範囲をカバーするように配置された任意の数の直線偏光子を有することができ、選択された角度範囲は、例えば、５°ごと、１０°ごと、または１５°ごとであるが、これらに限定されない。
ヘイズ除去偏光子３０２は、照明ビーム１０４をフィルタリングするのに適した当技術分野で既知の任意の材料から形成することができる。例えば、小さな粒子による短い波長では比較的強い散乱となるため、小さな粒子を検出するためにはＵＶ波長が特に有用であり得る。したがって、ヘイズ除去偏光子３０２は、短い波長で高い透過率を有する材料から製造することができ、それらの材料は、例えば、アルミナ、石英、溶融シリカ、フッ化カルシウム、またはフッ化マグネシウムであるが、これらに限定されない。
図４Ａおよび図４Ｂは、本開示の１つまたは複数の実施形態による、図２Ａおよび図２Ｂの散乱マップ上にオーバーレイされたヘイズ除去偏光子３０２の概念図である。図４Ａに示されるように、瞳面１２４における表面ヘイズの偏光は、瞳面１２４にわたってヘイズ除去偏光子３０２の頂点３０６に対して概して放射状であり、そのためヘイズ除去偏光子３０２が、その表面ヘイズを実質的に除去する。対照的に、図４Ｂは、粒子散乱の偏光が、瞳面１２４にわたって多くの位置で頂点３０６に対して少なくとも部分的に接線方向であり、そのため、ヘイズ除去偏光子３０２が、粒子散乱のかなりの部分を通過させることを示している。
本明細書では、さらに、ヘイズ除去偏光子３０２は、小さな粒子によって散乱された光の全てを通過させなくてもよいが、ヘイズ除去偏光子３０２は、不要な表面ヘイズを除去することと所望の粒子散乱を通過させることとの間の良好なバランスをもたらして、高信号対ノイズ比をもたらすことができ、これにより、高感度の粒子検出が容易になり得ることが認識されている。さらに、広範囲の散乱角について少なくともいくらかの光を通過させることにより、本明細書に記載のヘイズ除去偏光子３０２を用いた偏光ベースの瞳面フィルタリングは、開口ベースのフィルタリング技術とは対照的に、システムＰＳＦに与える影響が限定的であり得る。具体的には、システムＰＳＦは、通常、瞳面のかなりの部分を（例えば、開口を用いて）遮断してしまうとシステムのＰＳＦが広がって全体的なパフォーマンスが低下することがあるように、フーリエ変換演算による瞳面１２４における光の電界分布に関係している。
ここで、図５～図８Ｂを参照すると、サブレゾリューション粒子によるｐ偏光の光の散乱と関連付けられたＰＳＦを成形または狭めるための位相マスクが、本明細書でより詳細に説明されている。
図５は、本開示の１つまたは複数の実施形態による、サブリゾリューション粒子によるｐ偏光の光の電界分布５０２と、そのサブリゾリューション粒子の対応する画像５０４とを含む。本明細書で前述したように、システムのイメージング解像度よりも小さい粒子の画像は、一般に、システムＰＳＦによって制限され、このシステムＰＳＦは、画像が鏡面反射光から形成されている場合、典型的にはエアリー関数である。しかしながら、粒子と関連付けられた実際のＰＳＦ（例えば、粒子ＰＳＦ）、ひいてはその粒子の実際の画像は、瞳面１２４の粒子からの光の特定の電界分布に関係しており、特に画像が散乱光から形成される場合には、システムＰＳＦとは異なるサイズまたは形状を有し得る。
図５に示されるように、ｐ偏光された散乱光に基づく粒子の画像５０４は、エアリー関数ではなく環状であり、これは、少なくとも部分的には、瞳面１２４における光の特定の偏光分布と関連した干渉パターンによるものである。具体的には、図５の電界分布５０２に関連する画像５０４の中心点５０６での弱め合う干渉により、結果的に、中心点５０６で強度が減少し、強度が半径方向に外側にシフトする。その結果、粒子の画像に関連する信号強度、ひいては信号対雑音比が悪影響を受ける。
いくつかの実施形態では、粒子検出システム１００は、瞳面１２４にまたはその近くに配置された位相マスクを含み、サブレゾリューション粒子によって散乱されたｐ偏光の光のＰＳＦを再形成する。位相マスクは、瞳面１２４における位置に基づいて光の位相を変更するための任意の数の構成要素を含み得る。
例えば、位相マスクは、瞳面１２４にわたって配置された２つ以上のセグメントを含むことができるか、またはそのようなセグメントを有するとして特徴付けられることができ、各セグメントは、瞳面１２４の相異なる領域における光の位相を調節する。各セグメントとしては、当技術分野で既知の任意のタイプの光学部品を含むことができ、これらの光学部品としては、位相板（例えば、複屈折板など）、補償板（例えば、光学的に均質な板）、または開口が挙げられるが、これらに限定されない。例えば、位相板としては、結晶を通る伝搬方向に対して垂直に方向付けられた光軸と、任意の選択された厚さと、を有してカットされた、一軸結晶から形成された波長板であって、直交偏光成分間の任意の選択された位相遅延（例えば、半波長板の場合はπ位相シフト、四分の一波長板の場合はπ／２位相シフトなど）をもたらす波長板を挙げることができる。
図６Ａは、本開示の１つまたは複数の実施形態による、位相マスク６０２の概念上面図であって、瞳を４つの領域（象限）に分割する４つのセグメントと、サブレゾリューション粒子によって散乱されたｐ偏光の光に関連する電界分布５０２と、位相マスク６０２に基づく修正電界分布６０４と、その粒子の対応する再形成された画像６０６とを含む図である。具体的には、粒子の再形成された画像６０６は、位相マスク６０２なしで生成された図５の画像５０４の中心点５０６における弱い信号とは対照的に、強い中央ローブ６０８を含む。
一実施形態では、位相マスク６０２は、垂直方向にそれぞれの光軸を有するように成形および配置された２つの重なり合う半波長板を含む。これに関して、各半波長板は、光軸の配向に基づいて、瞳面１２４の当該領域内の光の偏光を回転させることができる。例えば、図６Ａに示されるように、位相マスク６０２は、Ｙ方向（例えば、照明ビーム１０４の入射面に垂直）に沿った光軸を有する半波長板から形成され、直交偏光に関してＸ方向に沿って偏光された光にπの位相シフト（eiπExとして表される）を導入するセグメント６１０と、Ｘ方向（例えば、照明ビーム１０４の入射面に平行）に沿った光軸を有する半波長板から形成され、直交偏光に関してＹ方向に沿って偏光された光にπの位相シフト（eiπEyとして表される）を導入するセグメント６１２と、を含むことができる。さらに、位相マスク６０２は、２つの重なり合う波長板から形成セグメント６１４を含むことができ、これらの２つの重なり合う波長板について、一方の波長板は、Ｘ方向に沿って偏光された光にπの位相シフトを導入するように方向付けされており、一方の波長板は、Ｙ方向に沿って偏光された光にπの位相シフトを導入するように方向付けされており、その組み合わせ効果は、eiπEx,yとして表される。
位相マスク６０２は、光の偏光を回転させないセグメント６１６もまた含むことができる。例えば、セグメント６１６としては、セグメント６１６を通る光が、瞳面１２４の他の象限内の光と同じ（または実質的に同じ）光路長に沿って伝播するように、伝搬方向に沿って光学的に均質な材料から形成された補償板を含むことができる。一実施形態では、補償板は、瞳面１２４の他の象限のどの半波長板ともほぼ同じ厚さおよび屈折率を有するが、伝搬方向に沿って複屈折しない材料から形成される。別の実施形態では、補償板は、半波長板と同じ材料から形成されるが、補償板を通って伝搬する光が複屈折を経ないように、別の軸に沿ってカットされている。例えば、結晶が、光軸に沿って伝搬する光について光学的に均質となり得るように、一軸結晶の光軸に沿って伝搬する光は、複屈折を経ないでよい。別の例として、セグメント６１６は、開口であってもよい。
さらに、いくつかの実施形態では、位相マスク６０２は、瞳面１２４から傾いており、セグメント６１６と他のセグメント（例えば、セグメント６０２～６０６）との間の光路長の差を少なくとも部分的に補償することができる。
セグメント化された位相マスク６０２は、当技術分野で既知の任意の技術を使用して形成することができる。一実施形態では、様々なセグメント（例えば、図６Ａのセグメント６０２～６０８）は、それらの様々なセグメントが１つの平面に配置される単一の構成要素として形成される。
別の実施形態では、様々なセグメントは、複数の積み重ねられた構成要素から形成され、積み重ねられた構成要素を通る組み合わされた経路が、所望のＰＳＦ再形成をもたらすようになっている。さらに、積み重ねられた構成要素は、同じまたは別々の瞳面１２４に配置されることができる。例えば、粒子検出システム１００は、複数の共役瞳面を提供するための１つまたは複数のリレー光学系を含むことができる。これに関して、位相マスク６０２に関連する様々な構成要素を、複数の共役瞳面の間に分配することができる。別の例として、位相マスク６０２の構成要素を、数ミリメートル以下の厚さで製造できる場合がある。したがって、１つの瞳面１２４の近くに複数の構成要素を互いに近接して配置することが可能であり得る。１つまたは複数の構成要素が瞳面１２４からわずかに（例えば、数ｍｍだけ）変位し得る場合でも、それらの構成要素は、それでもなお再形成された画像６０６内に強い中央ローブ６０８を作成するように作用することができる。
一実施形態では、図６Ａに示される位相マスク６０２は、互いに対して回転した２つの部分（例えば、２つの半波長板）にカットされた１つの半波長板から形成されている。例えば、１つの半波長板は、光軸に沿ってカットすることができ、第１の部分は、光軸がＹ方向に沿った状態で方向付けられ（例えば、図６Ａの集光範囲２０６の左半分をカバーする）、第２の部分は、光軸がＸ方向に沿った状態で方向付けられる（例えば、図６Ａの集光範囲２０６の上半分をカバーする）。したがって、セグメント６１４は、交差した光軸を有する、半波長板の２つの重なり合う部分から形成され得る。
さらに、小さい粒子から散乱されたサンプル光１１２の偏光の配向は、（例えば、図２Ｂに示されるように）瞳の中心に関して実質的に対称に方向付けられているので、位相マスク６０２は、波長板の様々に異なる配置で様々に構成され、強力な中央ローブ６０８を含む、粒子の再形成された画像６０６を達成することができる。例えば、図６Ａの集光範囲２０６の上部に示されている半波長板を、代わりに、集光範囲２０６の下部に配置してもよい。同様に、図６Ａの集光範囲２０６の左側に示されている半波長板を、代わりに、集光範囲２０６の右側に配置してもよい。
しかしながら、図６Ａおよび関連する説明は、例示の目的のためだけに提供されたものであり、本開示を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。むしろ、位相マスク６０２は任意の数の配置されたセグメントを含んでよく、これらのセグメントは、粒子から散乱された光のＰＳＦを再形成するように、瞳面１２４にわたって任意のパターンになる任意の材料の組み合わせから形成される。例えば、ある対象物に関連する、瞳面１２４における光の既知の電界分布が与えられた（例えば、測定された、シミュレートされたなど）とすると、本明細書に記載のセグメント化された位相マスク６０２は、瞳面１２４内の光の様々な領域の位相を選択的に調節して、その対象物の画像のＰＳＦを再形成するように形成されることができる。具体的には、位相マスク６０２の様々なセグメントは、検出器１２０での強め合う干渉を容易にするように選択され、（例えば、選択された許容範囲内で）システムＰＳＦに近づく、狭いＰＳＦをもたらすことができる。
図６Ｂは、本開示の１つまたは複数の実施形態による、瞳を２つのセグメント（例えば、半体）に分割するための２つのセグメントを含む位相マスク６０２の概念上面図である。例えば、図６Ｂに示されるように、位相マスク６０２は、Ｘ方向に沿った光軸を有する半波長板から形成された、直交偏光に関してＹ方向に沿って偏光された光にπの位相シフト（eiπEｙとして表される）を導入するセグメント６１８を含むことができる。さらに、位相マスク６０２は、光の偏光を回転させないセグメント６２０もまた含むことができる。例えば、セグメント６２０としては、図６Ａに関して上記したような補償板を含むことができる。別の例として、セグメント６２０は、開口であってもよい。さらに、本明細書で前述したように、位相マスク６０２は、瞳面１２４から傾いて、セグメント６１８とセグメント６２０との間の光路長の差を少なくとも部分的に補償してもよい。
しかしながら、図６Ｂおよび関連する説明は、例示の目的のためだけに提供されたものであり、本開示を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。例えば、２つのセグメントを有する位相マスク６０２は、図６Ａに示されるように集光範囲２０６の上部ではなく、下部に配置された半波長板を含んでもよい。
本明細書では、位相マスク６０２の設計が、（例えば、図２Ａなどに示されるように）対象の粒子に関連する既知の電界分布に基づく「理想的な」位相マスクと、実際的な設計および／または製造上の考慮事項との間のトレードオフを示す場合があることがさらに認識されている。例えば、理想的またはそうでなければ所望の位相マスク６０２が、不当に高価であるか、または製造するのに難しい場合がある。ただし、位相マスク６０２の特定の設計が、製造仕様および性能仕様の両方を満たすことができる場合（例えば、選択された形状を有する粒子ＰＳＦなど）もある。したがって、図６Ａおよび図６Ｂに示される位相マスク６０２の設計は、性能と製造可能性との間での異なるトレードオフをもたらす２つの非限定的な例を示し得る。
例えば、図６Ｂに示される位相マスク６０２の設計は、図３に示されるようなヘイズ除去偏光子３０２と組み合わせると有用であり得る。図４Ａおよび図４Ｂから理解できるように、表面（例えば、表面ヘイズ）および粒子から散乱されたサンプル光１１２の偏光方向は、瞳の左側ではほぼ平行である。したがって、ヘイズを実質的に遮断するように構成されたヘイズ除去偏光子３０２は、小さな粒子によって瞳の左側に散乱される光のかなりの部分も遮断することができる。瞳の左側のサンプル光１１２のこの比較的低い強度により、図６Ａに示される位相マスク６０２の比較的複雑な設計によってもたらされる瞳の左側の位相補正が小さな粒子によって散乱されたサンプル光１１２のＰＳＦに与える影響が、比較的小さくなることがある。したがって、いくつかの用途では、図６Ｂに示される位相マスク６０２は、性能と、製造可能性および／またはコストの考慮との間の適切なバランスをもたらし得る。
ここで、図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、位相マスク６０２を用いたＰＳＦ再形成を示す実験的測定値が説明されている。図７Ａは、本開示の１つまたは複数の実施形態による、位相マスク６０２なしで撮影されたサブ４０ｎｍのシリカ粒子を有するシリコンウェハの画像７０２と、それらの粒子うちの１つの拡大画像７０４を含む挿入図と、拡大画像７０４の断面を示すプロット７０６とを含む。図７Ｂは、本開示の１つまたは複数の実施形態による、位相マスク６０２を用いて撮影された、図７Ａに示されたサブ４０ｎｍのシリカ粒子を有するシリコンウェハの画像７０８と、それらの粒子うちの１つの拡大画像７１０を含む挿入図と、拡大画像７１０の断面を示すプロット７１２とを含む。具体的には、位相マスク６０２は、実質的に図６Ａに示される構成に従って配置された２つの半波長板を含んでいた。
図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、本明細書に記載されるような位相マスク６０２なしで生成された粒子の画像は、中心に強度ディップを有する環状形状を有する。しかしながら、本明細書に記載されるように位相マスク６０２を組み込むことで、粒子の画像が中心ピークを有し、中心ピークの周りにより狭い強度分布を有するように、ＰＳＦが狭められる。
いくつかの実施形態では、ヘイズ除去偏光子３０２および位相マスク６０２を組み合わせて、粒子検出感度を高めることができる。したがって、粒子検出システム１００は、１つまたは複数の共役瞳面に配置されたヘイズ除去偏光子３０２および位相マスク６０２の両方を含み得る。
図８Ａは、本開示の１つまたは複数の実施形態による、ヘイズ除去偏光子３０２も位相マスク６０２もなしで撮影されたサブ４０ｎｍのシリカ粒子を有するシリコンウェハの画像８０２と、それらの粒子の断面を示すプロット８０４とを含む。図８Ｂは、本開示の１つまたは複数の実施形態による、ヘイズ除去偏光子３０２および位相マスク６０２の両方を用いて撮影された、図８Ａに示されたサブ４０ｎｍのシリカ粒子を有するシリコンウェハの画像８０６と、それらの粒子の断面を示すプロット８０８とを含む。具体的には、図８０６を生成するために利用される位相マスク６０２は、実質的に図６Ｂに示される構成に従って配置される。
図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、表面ヘイズを選択的に除去するためのヘイズ除去偏光子３０２と、粒子によって散乱された光のＰＳＦを再形成するための位相マスク６０２との組み合わせは、粒子に関連する画像における鋭いピークと、表面に対する粒子の高い信号対雑音比とをもたらす。
図９は、本開示の１つまたは複数の実施形態による、粒子検出のための方法９００において実行されるステップを示すフロー図である。出願人は、本明細書で前述した粒子検出システム１００の文脈における実施形態および実現技術は、方法９００に拡張するように解釈される必要があることを注記する。ただし、方法９００は、粒子検出システム１００のアーキテクチャに限定されないことにさらに留意されたい。
一実施形態では、方法９００は、照明方向に沿って斜めの角度でｐ偏光照明ビームでサンプルを照明するステップ９０２を含む。別の実施形態では、方法９００は、照明ビームに応答して、１つまたは複数の集光光学系を用いて暗視野モードでサンプルから光を集光するステップ９０４を含む。別の実施形態では、方法９００は、１つまたは複数の集光光学系の瞳面に位置する連続偏光子を通してサンプルからの光を（例えば、集光光学系を介して）伝搬するステップ９０６であって、連続偏光子が、サンプルからの照明ビームの鏡面反射に対応する、瞳面における基準点（例えば、鏡面反射角）に対するラジアル偏光を有する光を除去するように構成される、ステップ９０６を含む。別の実施形態では、方法９００は、瞳面に位置する位相マスクを通してサンプルからの光を伝搬するステップ９０８であって、位相マスクは、瞳面の集光範囲の２つ以上の領域において光に別々の位相シフトをもたらして、サンプル上の１つまたは複数の粒子から散乱された光の点拡がり関数を再形成するように構成され、集光範囲が、１つまたは複数の集光光学系の開口数に対応する、ステップ９０８を含む。別の実施形態では、方法９００は、照明に応答して連続偏光子および位相マスクを通って伝搬する光に基づいてサンプルの暗視野画像を生成するステップ９１０を含む。
本明細書に記載された主題は、他の構成要素内に収容された、または他の構成要素に接続された別の構成要素を示すことがある。このような描写されたアーキテクチャは単に例示的なものであり、実際には、同一の機能性を達成する他の多くのアーキテクチャが実装され得ることを理解されたい。概念的な意味で、同一の機能性を達成する構成要素の任意の配設は、所望の機能性が達成されるように効果的に「関連付け」られている。したがって、特定の機能性を達成するように組み合わされた本明細書における任意の２つの構成要素は、アーキテクチャまたは中間の構成要素を問わず、所望の機能性が達成されるように互いに「関連付け」られたものとして見なされ得る。同様に、そのように関連付けられた任意の２つの構成要素は、所望の機能性を達成するように互いに「接続されて」いる、または「結合されて」いるものとして見なされ得、そのように関連付けられ得ることが可能な任意の２つの構成要素は、所望の機能性を達成するように互いに「結合可能」であると見なされ得る。結合可能な特定の実施例は、物理的に相互作用可能なおよび／または物理的に相互作用する構成要素および／または無線相互作用可能なおよび／または無線相互作用する構成要素および／または論理的に相互作用可能なおよび／または論理的に相互作用する構成要素を含むが、これらに限定されない。
本開示およびそれに伴う多くの利点は、上述の説明によって理解されると考えられ、開示された主題から逸脱することなく、またはその材料の利点のいずれも犠牲にすることなく、構成要素の形態、構成、および配置において種々の変更が行われ得ることは明白である。記載される形態は、単なる説明のためのものであり、そのような変更を包含し、含むことが以下の特許請求の範囲の意図である。さらに、本発明が添付の特許請求の範囲によって定義されることを理解されたい。

Claims (32)

  1. 照明ビームを生成するように構成された照明源と、
    照明方向に沿って軸外角度で前記照明ビームをサンプルに向けるように構成された１つまたは複数の照明光学系と、
    検出器と、
    前記照明ビームに応答して前記サンプルから集光された光に基づいて前記検出器上に前記サンプルの暗視野画像を生成するように構成された１つまたは複数の集光光学系と、
    前記１つまたは複数の集光光学系の瞳面に位置するラジアル偏光子であって、前記サンプルからの前記照明ビームの鏡面反射に対応する、前記瞳面における基準点に対するラジアル偏光を有する光を除去するように構成されるラジアル偏光子と、
    を備えるシステム。
  2. 前記照明ビームが、前記サンプルにおいてｐ偏光される、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記ラジアル偏光子が、前記サンプルの表面上の１つまたは複数の粒子によって散乱された光を通過させるように方向付けられている、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記基準点が、前記１つまたは複数の集光光学系によって集光された光と関連付けられた集光範囲の外側に位置している、請求項１に記載のシステム。
  5. 前記ラジアル偏光子が、連続偏光子である、請求項１に記載のシステム。
  6. 前記ラジアル偏光子が、前記照明方向に垂直な方向に沿った前記１つまたは複数の集光光学系の瞳面に配置された複数のセグメントを含むセグメント化された偏光子であって、
    各セグメントの除去軸が、前記サンプルからの前記照明ビームの鏡面反射に対応する、前記瞳面における前記基準点に対するラジアル偏光を有する光を除去するように方向付けられている、請求項１に記載のシステム。
  7. 前記セグメント化された偏光子が、角度を付けてセグメント化された偏光子であって、
    前記複数のセグメントが、前記瞳面において前記基準点の周囲に放射状に配置されている、請求項６に記載のシステム。
  8. 前記１つまたは複数の集光光学系の瞳面に位置する位相マスクであって、前記瞳面の集光範囲の２つ以上の領域において光に別々の位相シフトをもたらして、前記サンプル上の１つまたは複数の粒子から散乱された光の点拡がり関数を再形成するように構成され位相マスクをさらに備え、
    前記集光範囲が、前記１つまたは複数の集光光学系の開口数に対応する、請求項１に記載のシステム。
  9. 前記集光範囲の前記２つ以上の領域が、前記照明方向に沿って分割された、前記集光範囲の第１の半分および前記集光範囲の第２の半分である、請求項８に記載のシステム。
  10. 前記位相マスクの第１のセグメントが、前記集光範囲の前記第１の半分をカバーする半波長板である、請求項９に記載のシステム。
  11. 前記半波長板が、前記瞳面において前記サンプル上の前記照明ビームの入射面に直交する角度に対応する方向に沿ってπ位相シフトをもたらすように方向付けられている、請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記位相マスクの第２のセグメントが、前記集光範囲の前記第２の半分をカバーする、伝搬方向に沿って光学的に均質な材料から形成された補償板であって、
    前記補償板を通る光の光路が、選択された許容範囲内で前記半波長板を通る光の光路に対応する、請求項１０に記載のシステム。
  13. 前記位相マスクの第２のセグメントが、前記集光範囲の前記第２の半分をカバーする開口である、請求項１０に記載のシステム。
  14. 前記半波長板が、前記集光範囲の前記第１の半分と前記第２の半分とを通過する光の間の光路の差を少なくとも部分的に補償するように傾斜している、請求項１３に記載のシステム。
  15. 前記集光範囲の前記２つ以上の領域が、前記照明方向および前記照明方向に直交する方向に沿って分割された、前記集光範囲の４つの４分の１である、請求項８に記載のシステム。
  16. 前記位相マスクが、
    前記集光範囲の第１の４分の１と、前記第１の４分の１に隣接する、前記集光範囲の第２の４分の１とをカバーする第１の半波長板であって、前記瞳面において前記サンプル上の前記照明ビームの入射面における角度に対応する方向に沿ってπ遅延をもたらすように方向付けられた第１の半波長板と、
    前記集光範囲の前記第２の４分の１と、前記第２の４分の１に隣接する、前記集光範囲の第３の４分の１とをカバーする第２の半波長板であって、前記瞳面において前記入射面に直交する角度に対応する方向に沿ってπ遅延をもたらすように方向付けられた第２の半波長板と、を含む、請求項１５に記載のシステム。
  17. 前記位相マスクが、前記集光範囲の第４の４分の１をカバーする、伝搬方向に沿って光学的に均質な材料から形成された補償板をさらに含み、
    前記補償板を通る光の光路が、前記第１の半波長板または前記第２の半波長板のうちの少なくとも１つを通る光の光路に対応する、請求項１６に記載のシステム。
  18. 前記位相マスクの第２のセグメントが、前記集光範囲の第４の４分の１をカバーする開口である、請求項１６に記載のシステム。
  19. 前記半波長板が、前記集光範囲の前記４つの４分の１を通過する光の間の光路の差を少なくとも部分的に補償するように傾斜している、請求項１６に記載のシステム。
  20. 照明ビームを生成するように構成された照明源と、
    照明方向に沿って軸外角度で前記照明ビームをサンプルに向けるように構成された１つまたは複数の照明光学系と、
    検出器と、
    前記照明ビームに応答して前記サンプルから集光された光に基づいて前記検出器上に前記サンプルの暗視野画像を生成するように構成された１つまたは複数の集光光学系と、
    前記１つまたは複数の集光光学系の瞳面に位置する位相マスクであって、前記瞳面の集光範囲の２つ以上の領域において光に別々の位相シフトをもたらして、前記サンプル上の１つまたは複数の粒子から散乱された光の点拡がり関数を再形成するように構成される位相マスクと、を備えるシステムであって、
    前記集光範囲が、前記１つまたは複数の集光光学系の開口数に対応する、システム。
  21. 前記照明ビームが、前記サンプルにおいてｐ偏光される、請求項２０に記載のシステム。
  22. 前記集光範囲の前記２つ以上の領域が、前記照明方向に沿って分割された、前記集光範囲の第１の半分および前記集光範囲の第２の半分である、請求項２０に記載のシステム。
  23. 前記位相マスクの第１のセグメントが、光軸が前記照明方向に沿って方向付けられた、前記集光範囲の前記第１の半分をカバーする半波長板である、請求項２０に記載のシステム。
  24. 前記位相マスクの第２のセグメントが、前記集光範囲の前記第２の半分をカバーする、伝搬方向に沿って光学的に均質な材料から形成された補償板であって、
    前記補償板を通る光の光路が、前記半波長板を通る光の光路に対応する、請求項２３に記載のシステム。
  25. 前記位相マスクの第２のセグメントが、前記集光範囲の前記第２の半分をカバーする開口である、請求項２３に記載のシステム。
  26. 前記半波長板が、前記集光範囲の前記第１の半分と前記第２の半分とを通過する光の間の光路の差を少なくとも部分的に補償するように傾斜している、請求項２３に記載のシステム。
  27. 前記集光範囲の前記２つ以上の領域が、前記照明方向および前記照明方向に直交する方向に沿って分割された、前記集光範囲の４つの４分の１である、請求項２０に記載のシステム。
  28. 前記位相マスクが、
    前記集光範囲の第１の４分の１と、前記第１の４分の１に隣接する、前記集光範囲の第２の４分の１とをカバーする第１の半波長板であって、前記瞳面において前記サンプル上の前記照明ビームの入射面における角度に対応する方向に沿ってπ遅延をもたらすように方向付けられた第１の半波長板と、
    前記集光範囲の前記第２の４分の１と、前記第２の４分の１に隣接する、前記集光範囲の第３の４分の１とをカバーする第２の半波長板であって、前記瞳面において前記入射面に直交する角度に対応する方向に沿ってπ遅延をもたらすように方向付けられた第２の半波長板と、を含む、請求項２７に記載のシステム。
  29. 前記位相マスクが、前記集光範囲の第４の４分の１をカバーする、伝搬方向に沿って光学的に均質な材料から形成された補償板をさらに含み、
    前記補償板を通る光の光路が、選択された許容範囲内で、前記第１の半波長板、前記第２の半波長板、または前記第３の半波長板のうちの少なくとも１つを通る光の光路に対応する、請求項２８に記載のシステム。
  30. 前記位相マスクの第２のセグメントが、前記集光範囲の第４の４分の１をカバーする開口である、請求項２８に記載のシステム。
  31. 前記半波長板が、前記集光範囲の４つの前記４分の１を通過する光の間の光路の差を少なくとも部分的に補償するように傾斜している、請求項２８に記載のシステム。
  32. 照明方向に沿って斜めの角度でｐ偏光照明ビームでサンプルを照明することと、
    前記照明ビームに応答して、１つまたは複数の集光光学系を用いて暗視野モードで前記サンプルからの光を集光することと、
    前記１つまたは複数の集光光学系の瞳面に位置するラジアル偏光子を通して前記サンプルからの光を伝搬することであって、前記ラジアル偏光子が、前記サンプルからの前記照明ビームの鏡面反射に対応する、前記瞳面における基準点に対するラジアル偏光を有する光を除去するように構成される、伝搬することと、
    前記瞳面に位置する位相マスクを通して前記サンプルからの光を伝搬することであって、前記位相マスクは、前記瞳面の集光範囲の２つ以上の領域において光に別々の位相シフトをもたらして、前記サンプル上の１つまたは複数の粒子から散乱された光の点拡がり関数を再形成するように構成され、前記集光範囲が、前記１つまたは複数の集光光学系の開口数に対応する、伝搬することと、
    前記照明ビームに応答して、前記ラジアル偏光子および前記位相マスクを通って伝播する光に基づいて前記サンプルの暗視野画像を生成することであって、前記サンプルの前記暗視野画像が、前記サンプルの表面上の１つまたは複数の粒子によって散乱された光に基づく、生成することと、
    を含む方法。
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