TW201439524A - 用於物體的表面特徵之反射性表面 - Google Patents

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Joachim Walter Ahner
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Stephen Keith Mclaurin
Travis W Grodt
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Abstract

本文提供一種裝置，包括一光子發射器，係建構用以發射光子至一物體之一表面；一第一反射性表面及一第二反射性表面，係建構用以反射光子至該物體的該表面；以及一處理裝置，係建構用以處理來自於一光子偵測器陣列而對應於由該物體之表面特徵散射之光子的信號。

Description

用於物體的表面特徵之反射性表面 交互參照：
本案主張西元2012年12月6日提出申請之美國專利臨時申請案專第61/734,247號的優先權。
本發明係關於用於物體的表面特徵之反射性表面。
在生產線上製造的物體可針對某些特徵加以檢測，包括會使該物體或包含該物體之系統的性能變差的暇疵。例如說，硬碟機的硬碟片即可在一生產線上製造，並針對某些表面特徵加以檢測，包括可使該碟片或硬碟機性能變差的表面及次表面暇疵。因此，可以用裝置及方法來針對例如暇疵之類的特徵對物體進行檢測。
本文提供種裝置，包括一光子發射器，建構成可發射光子至一物體之一表面上；一第一反射性表面及 一第二反射性表面，建構成可將射至該物體之該表面上的光子加以反射；以及一處理裝置，建構成可處理來自對應於該物體表面之特徵所散射之光子的光子偵測器陣列的信號。
本文中所呈現的概念中的這些及其他特徵觀點可藉由參閱下面的圖式、說明、及後附之申請專利範圍，而更清楚得知。
100‧‧‧裝置
110‧‧‧光子發射器
120‧‧‧光學組件
122‧‧‧光學組件
124‧‧‧光學組件
126‧‧‧光學組件
130‧‧‧光子偵測器陣列
140‧‧‧電腦
150‧‧‧物體
152‧‧‧表面
154‧‧‧特徵
160‧‧‧表面特徵地圖
a‧‧‧射線
b‧‧‧射線
c‧‧‧射線
第1A圖是一示意圖，顯示出根據一實施例的物體表面特徵的偵測。
第1B圖是一示意圖，顯示出根據一實施例的物體表面特徵的偵測。
第1C圖是一示意圖，顯示出根據一實施例的物體表面特徵的偵測。
第2圖是一示意圖，顯示出根據一實施例之光子自一物體之一表面特徵上散射。
第3圖是一示意圖，顯示出根據一實施例之光子自一物體之一表面特徵上散射，通過一光學組件而進入一光子偵測器陣列。
第4圖提供根據一實施例之一物體的一表面特徵地圖的影像。
在進一步詳細地說明一些特定的實施例之前，熟知此技藝之人士應瞭解到，本文中所描述及/或顯示的這些特定實施例，並不侷限於本文中所展現的概念，因為該等特定實施例內的元件是可以改變的。同樣也應瞭解到，本文中所描述及/或顯示的某一特定實施例中的元件可輕易地由該特定實施例中分離出來，並選擇性地與某些其他實施例中任一者選擇相結合，或取代本文中所描述其某些其他實施例中任一者內的元件。
熟知此技藝者亦應瞭解到，本文中所用的術語是供用來描述某些特定之實施例，而這些術語並非對本文中所展現的概念加以限制。除非另外說明，否則序數(例如第一、第二、第三等等)是用來區別或辨識一組元件或步驟中的不同元件或步驟，並非意味著序列或數值上的限制。例如說，實施例內的“第一”、“第二”、及“第三”元件或步驟並不一定要依該順序出現，且該等實施例中也不限於該三個元件或步驟。應瞭解到，除非另外說明，否則任何的標示，例如“左”、“右”、“前”、“後”、“頂”、“底”、“正向”、“逆向”、“順時鐘”、“逆時鐘”、“上”、“下”，或其他類似的詞語，如“上方”、“下方”、“前部”、“後部”、“垂直”、“水平”、“近”、“遠”及類似者，係供便宜使用，並非意指例如任何特定的固定位址、方位、或方向。相反的，這些標示僅係用來顯示例如說相對的位址、方位、或方向。亦應理解，單數形式的“一”、“一個”、 及“此”也涵蓋複數者，除非文中有另外明確的指示。
除非有另外說明，否則本文中所用的技術及科技名詞，均和熟知此技藝者一般所理解者具有相同的意義。
在生產線上製造的物體可針對某些特徵加以檢測，包括會使該物體或包含該物體之系統性能變差的暇疵。例如說，硬碟機的硬碟片即可在一生產線上製造，並針對某些表面特徵加以檢測，包括可使該碟片或硬碟機性能變差的表面及次表面暇疵。本文中所提供的是裝置及方法，用以檢測物體，以供偵測及/或繪製某些表面特徵，例如表面及/或次表面暇疵。接下來將更詳細地說明本發明的實施例。
就本文中所提及之可透過裝置及方法加以檢測的物體而言，該等物體包括任何具有一個或多個表面(例如一個或多個光學平滑表面)之製造物或其在製程中任何階段的工件，其等的例子包括，但不限於，半導體晶圓、磁性記錄媒體(例如硬碟機的硬碟片)、以及其等在製程中任何階段的工件，包括透明物體，例如磁性記錄媒體的玻璃胚。該等物體可針對某些表面特徵加以檢測，包括會造成該物體性能退化的表面及/或次表面暇疵，該等表面及/或次表面暇疵包括顆粒及污損污染，以及包括刮痕及空洞之類的暇疵。就顆粒污染而言，例如說，卡在硬碟機製程中硬碟片(亦即工件)表面上的顆粒會對於後續濺鍍的膜造成傷害。顆粒污染也會污損已製成之硬碟機表 面，導到刮傷的形成、污物的產生、以及硬碟片與讀寫頭間之間距的破壞。因此之故，透過本文中之裝置及方法來檢測物體，以修改製程中會導致表面及/或次表面暇疵之傾向，並增進產品品質，是非常重要的。
第圖1A圖提供用來偵測及/或繪製物體表面特徵的示意圖，顯示出一種裝置100，根據一實施例，其包含一光子發射器110、一包含光學組件120的光學配置、光子偵測器陣列130、以及一電腦或等效裝置140，還有一物體150及物體150之一表面的表面特徵地圖160；但是，該等物體及本發明的裝置，以及本發明的方法，並不限於第1A圖中的實施例，因為透過本文中更加詳細描述的那些特點，可以理解到本發明的其他實施例。
第1B圖提供用來偵測及/或繪製物體表面特徵的示意圖，聚焦於用來增加各表面上之光子通量的組件(例如物體150之表面、光子偵測器陣列130等)，其中顯示出一裝置100包含一光子發射器110、一包含光學組件120、122、及124的光學配置、以及一光子偵測器陣列130。第1B圖中進一步提供有射線a、b、及c，顯示出例如說一物體150之一表面上增加光子通量。雖然未顯示出來，但該裝置進一步包含有根據第1A圖之電腦或等效裝置140及物體150之表面的表面特徵地圖160。該等物體及本發明的裝置，以及本發明的方法，並不限於第1B圖中的實施例，因為透過本文中更加詳細描述的那些特點，可以理解到本發明的其他實施例。
第1C圖提供用來偵測及/或繪製物體表面特徵的示意圖，聚焦於用來增加各表面上之光子通量的組件(例如物體150之表面、光子偵測器陣列130等)，其中顯示出一裝置100包含一光子發射器110、一包含光學組件120、122、124、及126的光學配置、以及一光子偵測器陣列130。第1C圖中進一步提供有射線a、b、及c，顯示出例如說一物體150之一表面上增加光子通量，該物體150可以是透明的。雖然未顯示出來，但該裝置進一步包含有根據第1A圖之電腦或等效裝置140及物體150之表面的表面特徵地圖160。該等物體及本發明的裝置，以及本發明的方法，並不限於第1C圖中的實施例，因為透過本文中更加詳細描述的那些特點，可以理解到本發明的其他實施例。
一裝置可包含單一個光子發射器(例如參見第1A圖至第1C圖中的光子發射器110)或複數個光子發射器。在某些實施例中，例如說，裝置可包含至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、或10個光子發射器。在某些實施例中，例如說，該裝置包含不多於10、9、8、7、6、5、4、3、2、或1個的光子發射器。前述各者的組合可用來描述該裝置中的光子發射器的數量。在某些實施例中，例如說，該裝置可包含至少2個光子發射器且不多於10個光子發射器(例如在2個及10個之間的光子發射器)，例如至少2個光子發射器且不多於6個光子發射器(例如在2個及6個之間的光子發射器)，包括至少2個 光子發射器且不多於4個光子發射器(例如在2個及4個之間的光子發射器)。單一個光子發射器可用來發射光子至一物體之一表面，例如物體的整個表面或物體之表面的某些預定部位(例如說如果需要的話，將該物體做漸次旋轉，以供進行分段式的檢測)；複數個光子發射器中的每一光子發射器可用以在不同時間及/或以任何光子發射器的組合在相同時間內，將光子發射該物體之表面上，例如物體的整個表面或物體之表面的某些預定部位。另外，有關於複數個光子發射器，複數個光子發射器中的每一光子發射器均是相同的或不相同的，或是其等的某些組合(例如說至少有2個相同的光子發射器，而其餘的光子發射器則不相同；或至少有4個相同的光子發射器，而其餘的光子發射器則不相同等等)。在某些實施例中，例如說，該裝置可包含至少二個不相同的光子發射器，其中該二個不相同的光子發射器每一者均可各別組構來發射光子至一物體之一表面上，例如該物體的整個表面或該物體之表面的某些預定部位。
無論該裝置包含單一光子發射器或複數個光子發射器，每一光子發射器均可以對於一種或多種型式之特徵而言最佳之距離及/或角度，發射光子至一物體之一表面上，該等型式之特徵在下文中將會更詳細地加以描述。該角度可以等於掠射角，該掠射角是入射角的餘角，且該入射角包含所發射之光子而入射至物體之表面上的射線與該射線入射點處的法線(亦即垂直於該物體表面之線 條)之間的角度。掠射角可以視為包含所發射之光子而入射至物體之表面上的射線與與該射線入射點處的表面之間的最小角度。
第2圖提供多道包含有所發射之光子而入射至一物體150之一表面152上的射線，其等與該表面152構成一掠射角。第2圖進一步提供多道包含被反射光子之射線，其等與該表面之法線構成一反射角，該反射角係等於入射角。第2圖再進一步提供多道包含有自物體150之表面152上的一特徵154散射開之光子的射線，該等包含有散射光子的射線形成各種的散射角。一光子發射器能夠以0°至90°範圍內的掠射角發射光子，其中0°的掠射角代表光子發射器是由物體之側邊發射光子至該物體之表面上，而90°的掠射角則代表光子發射器直接由物體上方發射光子至該物體之表面上。在某些實施例中，例如說，光子發射器可發射光子至一物體之一表面上，使得掠射角是至少0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、85°、或90°。在某些實施例中，例如說，光子發射器可發射光子至一物體之一表面上，使得掠射角不大於90°、85°、80°、75°、70°、65°、60°、55°、50°、45°、40°、35°、30°、25°、20°、15°、10°、5°、或0°。前述各者的組合亦可用於描述光子發射器發射光子至一物體之一表面上的掠射角。在某些實施例中，例如說，光子發射器可發射光子至一物體之一表面，使得掠射角至少為0°且不大於90° (亦即在0°與90°之間)，例如至少0°且不大於45°(亦即亦即在0°與45°之間)，包括至少45°且不大於90°(亦即在45°與90°之間)。
一光子發射器可發射光子至一物體之一表面，例如說整個表面或該表面的某些預定部位(例如說如果需要的話，將該物體做漸次旋轉，以供進行分段式的檢測)。該光子發射器可進一步發射光子至該物體的整個表面或該表面的某些預定部位，使得該整個表面或該表面的該預定部位能被均勻地或一致地照射。均勻地照射該物體的整個表面或該表面的某些預定部位包括，但不限於，使該物體的整個表面或該物體之表面的某些預定部位在每單位時間內接收到相同或大約相同量的光子(例如光子通量)、每單位時間接受相同或大約相同的光子能量(例如光子功率)、及/或每單位面積接收相同或大約相同的光子功率(例如光子通量密度)。以輻射測量的術語來說，均勻地照射包括，但不限於，使該物體的整個表面或該物體之表面的某些預定部位在每單位時間內接受到相同或大約相同量的光線、每單位時間接受相同或大約相同的輻射能量(例如輻射功率或輻射通量)，及/或每單位面積接收相同或大約相同的輻射功率(例如輻射照度或輻射通量密度)。
在認知到光子是電磁輻射或光線的基本顆粒的前題下，一光子發射器或光源可提供包含較寬廣範圍波長(例如全光譜、寬光譜、紫外線-可見光、可見光、紅 外線等)、較狹窄範圍波長(例如紫外線的細部，如UVA、UVB、UVC等的光線；可見光的細部，如紅、綠、藍等；紅外線的細部，如近紅外線、中紅外線等)、或某一特定波長(例如單色)的光線；包含較寬廣範圍頻率(例如全光譜、寬光譜、紫外線-可見光、可見光、紅外線等)、較狹窄範圍頻率(例如紫外線的細部，如UVA、UVB、UVC等的光線；可見光的細部，如紅、綠、藍等；紅外線的細部，如近紅外線、中紅外線等)、或某一特定頻率(例如單色)的光線；偏極化(例如線偏極化、圓形偏極化等)光線、部分偏極化光線、或非偏極化光線；及/或具有不同程度時間及/或空間同調性的光線，自同調光(例如雷射)至非同調光。一光子發射器或光源可配合一光學配置中的一個或多個光學組件共同使用，以提供具有任何前述性質的光線。波長濾波器，例如說，即可配合一光子發射器或光源，來提供包含有較寬廣範圍波長或頻率、較狹窄範圍波長或頻率、或特定波長或頻率的光線。偏極化濾波器，例如說，即可配合一光子發射器或光源使用，來提供所需偏極化的光線，包括偏極化光、部分偏極化光、或非偏極化光。
基於前述，一光子發射器或光源可包含一燈，例如一閃光燈，包括高速閃光燈，建構成可以一光子偵測器陣列來偵測自一物體之表面特徵上散射開的光子，而同時能將振動減至最小。在某些實施例中，例如說，一光子發射器或光源可包含一高速氙閃光燈，例如500瓦氙 閃光燈，以供以一光子偵測器陣列來偵測自一物體之表面特徵上散射開的光子，而同時能將振動減至最小。
同樣基於前述，一光子發射器或光源可包含一準直光源，例如一雷射，包括多個雷射的組合，建構成可以一個或多個角度發射光子至一物體之一表面上。在某些實施例中，例如說，多雷射的組合可設置於一雷射光束整型器，以使得該雷射組合可以一角度發射光子至一物體之一表面上。在某些實施例中，例如說，多雷射的組合可設置於一雷射光束整型器，以使得該雷射組合可以多個角度發射光子至一物體之一表面上。在某些實施例中，例如說，至少2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、或30個雷射，或多於30個雷射，可設置於一雷射光束整型器，以使得雷射組合可以一個或多個角度發射光子至一物體之一表面上。在某些實施例中，例如說，不多於30、28、26、24、22、20、18、16、14、12、10、8、6、4、或2個雷射，可設置於一雷射光束整型器，以使得雷射組合可以一個或多個角度發射光子至一物體之一表面上。前面所述的組合亦可用以描述可設置於雷射光束整型器的多雷射的組合。在某些實施例中，例如說，至少2個雷射且不多於30個雷射(例如在2與30個雷射之間)，例如說至少10個雷射且不多於30個雷射(例如在10與30個雷射之間)，包括至少20個雷射且不多於30個雷射(例如在20與30個雷射之間)，且進一步包括至少24個雷射且不多於28個雷射(例如在24 與28個雷射之間)，可設置於一雷射光束整型器，以使得雷射組合可以一個或多個角度發射光子至一物體之一表面上。
再進一步基於前述，一光子發射器或光源可包含一二維光源，例如一個點光源的組合，包括點光源的線性組合或陣列、弧狀組合或陣列等，建構成可發射光子至一物體之一表面上。在某些實施例中，例如說，二維光源可包含至少10、20、40、60、80、100、110、120、140、160、180、或200個點光源，或超過200個點光源的組合。在某些實施例中，例如說，二維光源可包含不多於200、180、160、140、120、100、80、60、40、20、或10個點光源的組合。前面所述的組合亦可用以描述包含有點光源組合的二維光源。在某些實施例中，例如說，二維光源可包含至少10個且不多於200個(例如在10與200個之間)點光源的組合，例如至少40個且不多於160個(例如在40與160個之間)點光源，包括至少60個且不多於140個(例如在60與140個之間)點光源且進一步包括至少80個且不多於120個(例如在80與120個之間)點光源。這些點光源可組合成二維陣列的列及行，包括以線性方式組合，以構成二維光源，例如直條燈。這些點光源可弧形方式組合而構成二維光源，例如環形燈。在某些實施例中，例如說一光子發射器或光源可包含一具有至少60個點光源的二維光源，例如包含有至少60個點光源的環形燈，包括具有至少60個發光二極體(“LED”) 的環形燈，且進一步包括具有至少100個LED的環形燈。具有LED的二維光源可包含白光LED，其中每一LED具有至少10mW的功率。以LED為基礎的環形燈可增強物體表面上的特徵，例如刮痕(例如周邊刮痕)及/或空洞，特別是當該以LED為基礎的環形燈是建構成能以較低角度(例如說等於或小於45°的掠射角)發射光子至物體的表面上。
本裝置可進一步包含一光學配置(例如具有一個或多個第1A圖至第1C圖中的光學組件120、122、124、及126的光學配置)，該光學配置可操控由一個或多個光子發射器發射出的光子、自一物體之一表面反射回來的光子、及/或自一物體之表面特徵上散射開的光子。在認知到光子是電磁輻射或光線的基本顆粒的前題下，該光學配置可操控由一個或多個光子發射器發射出的光子、自一物體之一表面反射回來的光子、及/或自一物體之表面特徵上散射開的光子。該光學配置可包含多個設置在物體前方的光學組件中的任一者，以使得該光學組件可用於在均勻地或一致地照射該物體之整個表面或該表面的預定部位之前，能操控一個或多個光子發射器發射出的光子。另一種方式，或是額外地，該光學配置可包含多個設置在物體後方的光學組件中的任一者，以得該等光學組件可用於操控自該物體之表面反射回來或自該物體表面特徵上散射開的光子。另一種方式，或是額外地，可以使用包含該物體(例如第1B圖中的物體150)的一光學組件來操控 (例如反射)光子。前述的光學組件可包括，但不限於，例如透鏡、濾波器、光柵、及鏡子之類的光學組件，該鏡子係包括具有光學平滑表面之物體。
針對例如透鏡之類的光學組件而言，該光學配置可包含單個透鏡或複數個透鏡，包括，但不限於，一透鏡結合至一光子偵測器陣列上用來收集及偵測自物體表面特徵上散射開之光子的組合體(例如包含第1A圖至第1C圖中之透鏡120及光子偵測器陣列130的透鏡暨光子偵測器陣列組合體)。耦合至光子偵測器陣列上的透鏡可具有一入射光瞳及一出射光瞳，而其他光學組件，例如透鏡(例如耦合至光子偵測器陣列之透鏡以外的透鏡)、濾波器、光柵、及鏡子，則可設置於一個或多個光學組件的組合內，位在或靠近於該結合至光子偵測器陣列上之透鏡的入射光瞳處，或位在或靠近於該結合至光子偵測器陣列上之透鏡的出射光瞳處(亦即位在透鏡之出射光瞳與光子偵測器陣列之間)，或是其等的某些組合，以操控自物體表面特徵散射開之光子。該耦合至光子偵測器陣列上之透鏡可以是一物透鏡，例如遠心透鏡，包括物空間遠心透鏡(亦即入射光瞳位在無限遠)、像空間遠心透鏡(亦即出射光瞳位在無限遠)、或雙重遠心透鏡(亦即二光瞳均位在無限遠)。將一遠心透鏡耦合至一光子偵測器陣列可減低有關於物體表面特徵位置的誤差、減低物體表面特徵的失真、得以對自物體表面特徵散射開之光子進行定量分析，該定量分析包括光子散射強度分佈的整合，以供決定 物體表面特徵的大小。
針對例如濾波器之類的光學組件而言，該光學配置可包含一個濾波器或複數個濾波器，包括，但不限於，一個或多個波長濾波器、低通濾波器、偏極化濾波器、同調濾波器、週期陣列調控濾波器、及相位濾波器。如本文中所討論的，當一個或多個該等濾波器放置於一物體前方來操控自一光子發射器發射出之光子時，具有多種性質之任一者的光子/光線會被供給至該物體之一表面上。當一個或多個該等濾波器於置於一物體後方來操控自該物體表面特徵散射開之光子時，該一個或多個濾波器可用於區分物體的表面特徵。例如說，波長濾波器可用於區分已知可針對波長差異性地散射光子的表面特徵；偏極化濾波器可用於區分已知可針對偏極化差異性地散射光子的表面特徵；同調濾波器可用於區分已知可針對同調性差異性地散射光子的表面特徵；而相位濾波器或波片可用於區分已知可針對相位差異性地散射光子的表面特徵。在某些實施例中，例如說，一光學組件，如濾波器，可設置在或靠近於耦合至一光子偵測器陣列上之透鏡(例如遠心透鏡)的入射光瞳處。在某些實施例中，例如說，一光學組件，如濾波器，可設置在或靠近於耦合至一光子偵測器陣列上之透鏡(例如遠心透鏡)的出射光瞳處。
在不受限於理論的前題下，例如磁性記錄媒體(如硬碟機的硬碟片)之類的物體，包含一理想的平直表面，具有零幾何像差。該物體之該表面的一部分(例如 該物體的表面特徵)會將入射至該物體之該表面的光子至每1014中一個的量級。如此，大部分入射至該物體之該表面上的光子都不會被用到。自物體的表面特徵上散射開之光子的散射強度I scatter 可大致上由以下的方程式來加以描述： 其中是表面特徵的特性直徑，且其中λ incident 及I incident 分別是入射光子通量的波長及強度。基於前述的方程式，在將其他的常數、係數、及/或參數設為定值的情形下，增加I incident 會造成光子I scatter 的增加，而I incident 的該項增加可藉由利用例如第1B圖及第1C圖中之光學組件122、124、及/或124來循環利用入射至該物體之該表面上的光子，該等光學組件可以包括反射性表面，例如鏡子。
針對於包含例如鏡子反射性表面之光學組件而言，該光學配置可包含一個或多個任何曲率的鏡子，包括，但不限於，一個或多個光學等級鏡子及單向鏡子，包括具有光學平滑表面之物體。如第1B圖及第1C圖所示，一個或多個鏡子可繞著一裝置設置，例如在一物體前方的光路上(亦即位於一光子發射器與一物體之間)(例如第1B圖及第1C圖中的單向鏡子122)；在一物體後方的光路上(例如第1B圖及第1C圖中的鏡子124)；在一 物體下方的光路上，例如說，平行地鄰近於一透明物體(例如第1C圖中的鏡子126)；以及其等的組合。在某些實施例中，例如說，該裝置可建構成如第1B圖、第1C圖所示，或如第1B圖或第1C圖一樣，但在光子發射器與物體之間不設有單向鏡子。以第1B圖及第1C圖而言，在不限於理論下，針對完全平行之光子束而言，I incident 的增加是呈等比級數，而收斂性是與單向鏡子(例如第1B圖及第1C圖中的單向鏡子122)之反射率相符的。實際上，可以預期有某種程度的發散，因此I incident 的增加是呈等比級數，而具有與單向鏡子相符的收斂性及光子束的發散角度。如此，在某些實施例中，該等一個或多個反射性表面(例如鏡子)係可操作來將一物體之一表面上的光子通量及/或I incident 相對於在沒有該等一個或多個反射性表面的情形下由光子發射器提供給該物體之該表面的光子通量及/或I incident 增加至少2、3、4、5、6、7、8、9、或10的因數。在某些實施例中，該等一個或多個反射性表面(例如鏡子)係可操作來將一光子偵測器陣列的光子通量及/或I scatter 相對於在沒有該等一個或多個反射性表面的情形下該光子偵測器陣列的光子通量及/或I scatter 增加至少2、3、4、5、6、7、8、9、或10的因數。光子通量I incident 及/或I scatter 的該項增加可使其得以使用低功率的光子發射器，這可視為比高功率光子發射器具有較高的可靠度、較低的操作溫度、以及較低的成本。
回到第1B圖，其提供用於偵測及/或繪製物體表面特徵的示意圖，聚焦於可在不同表面上增加光子通量的組件(例如物體150的表面、光子偵測器陣列130等)，該裝置100可包含一光子發射器110、一包含光學組件120、122、及124的光學配置、以及一光子偵測器陣列130，其中光學組件120包含一透鏡(例如遠心透鏡)，光學組件122包含一反射性表面，例如一單向鏡子，而光學組件124則包含一反射性表面，例如一鏡子。在某些實施例中，該單向鏡子的穿透側可穿透至少50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%、或95%的入射光子。第1B圖進一步提供射線a、b、及c，每一該等射線代表一光子束。射線a顯示出，例如說，光子可自光子發射器110發射，穿過單向鏡子122的可穿透側，撞擊至物體150之表面，並自物體150之該表面反射出來朝向鏡子124。射線b顯示出，例如說，光子自鏡子124反射出來，撞擊物體150之表面，並自物體150之該表面反射出來朝向半鏡122。射線c顯示出，例如說，光子自半鏡122的反射側反射出來，撞擊物體150之表面，並自物體150之該表面反射出來朝向鏡子124。以此方式，光子可自光子發射器110發射並在各反射性表面(例如半鏡122、鏡子124、及物體150之表面)間反射而將光子加以循環，以增加物體150之該表面及光子偵測器陣列130的光子通量。
回到第1C圖，其提供用於偵測及/或繪製物 體表面特徵的示意圖，聚焦於可在不同表面上增加光子通量的組件(例如透明物體150的表面、光子偵測器陣列130等)，該裝置100可包含一光子發射器110、一包含光學組件120、122、124、及126的光學配置、以及一光子偵測器陣列130，其中光學組件120包含一透鏡(例如遠心透鏡)，光學組件122包含一反射性表面，例如一單向鏡子，光學組件124包含一反射性表面，例如一鏡子，而光學組件126則包含一反射性表面，例如一鏡子。在某些實施例中，該單向鏡子的穿透側可穿透至少50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%、或95%的入射光子。第1C圖進一步提供射線a、b、及c，每一該等射線代表一光子束。射線a顯示出，例如說，光子可自光子發射器110發射，穿過單向鏡子122的可穿透側，穿透該透明物體150，並自鏡子126的表面反射出來朝向鏡子124。射線b顯示出，例如說，光子自鏡子124反射出來，穿過該透明物體150，並自鏡子126之表面反射出來朝向半鏡122。射線c顯示出，例如說，光子自半鏡122的反射側反射出來，穿過該透明物體150，並自鏡子126之表面反射出來朝向鏡子124。以此方式，光子可自光子發射器110發射並在各反射性表面(例如半鏡122、鏡子124、及物體150之表面)間反射而將光子加以循環，以增加物體150之表面及光子偵測器陣列130的光子通量。
為偵測自物體表面特徵散射開之光子，一裝置可進一步包含單一個光子偵測器陣列(例如參見第1A 圖中的光子偵測器陣列130)，其包含複數個光子偵測器，或是複數個光子偵測器陣列，每一者包含複數個光子偵測器。在某些實施例中，例如說，該複數個光子偵測器陣列可包含至少2、3、4、5、6、7、8、9、或10個光子偵測器陣列。在某些實施例中，例如說，該複數個光子偵測器陣列可包含不多於10、9、8、7、6、5、4、3、或2個光子偵測器陣列。前面所述的組合亦可用以描述複數個光子偵測器陣列。在某些實施例中，例如說，該複數個光子偵測器陣列可包含至少2個光子偵測器陣列且不多於10個光子偵測器陣列(例如在2與10個光子偵測器陣列之間)，例如至少2個光子偵測器陣列且不多於5個光子偵測器陣列(例如在2與5個光子偵測器陣列之間)。另外有關於該複數個光子偵測器陣列，該複數個光子偵測器陣列中的每一光子偵測器陣列可以是相同或不相同，或是其組合(例如至少有2個相同的光子偵測器陣列，而其餘的光子偵測器陣列則不相同；有3個相同的光子偵測器陣列，而其餘的光子偵測器陣列則不相同等等)。
不論該裝置包含單一個光子偵測器陣列或複數個光子偵測器陣列，每一光子偵測器陣列的方位均是設置成可在能最佳地接收一種或多種型式之特徵散射出來之光子的距離及/或角度(例如最小背景噪音下的最大光子接收效果)來偵測自一物體之表面特徵上散射之光子，該等型式的特徵將會更詳細地加以說明。同樣的，一透鏡暨光子偵測器陣列組合體的方位可設置成可在能最佳地接收 一種或多種型式之特徵散射出來之光子的距離及/或角度來偵測自一物體之表面特徵上散射之光子。該角度可以是一包含透鏡及/或光子偵測器陣列之中心軸線而延伸至該物體之表面的射線與該射線延伸之點處的法線(亦即垂直於該物體之表面的線條)間的角度。該角度，選擇性地結合一大小可變而用以接收較大或或較小角度散射光子的孔口，或是選擇性地結合一尺寸最佳化而能在最小背景噪音下達到散射光子最大接收效果的孔口，可對於具有複數個散射角的散射光子加以接收，該等散射光子係分別自一種或多種型式之特徵上散射出來。散射角不相同於反射角，在本文中所述，反射角是等於入射角。第2圖顯示多個包含有自一物體150之一表面152上的一特徵154散射出來之光子的射線，該等射線代表各種散射角。
基於前述，一光子偵測器陣列或透鏡暨光子偵測器陣列組合體的方位可以設置成自0°至90°，包括這二個角度，其中0°角是代表光子偵測器陣列或透鏡暨光子偵測器陣列組合體位在一物體之一側的方位，且其中90°角是代表光子偵測器陣列或透鏡暨光子偵測器陣列組合體位在該物體正上方的方位。在某些實施例中，例如說，一光子偵測器陣列或透鏡暨光子偵測器陣列組合體的方位可以是至少0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、85°、或90°的角度。在某些實施例中，例如說，一光子偵測器陣列或透鏡暨光子偵測器陣列組合體的方位可以是不大於90°、 85°、80°、75°、70°、65°、60°、55°、50°、45°、40°、35°、30°、25°、20°、15°、10°、或5°、或0°的角度。前面所述的組合亦可用以描述光子偵測器陣列或透鏡暨光子偵測器陣列組合體可設置之方位的角度。在某些實施例中，例如說，一光子偵測器陣列或透鏡暨光子偵測器陣列組合體的設置方位可以是至少0°且不大於90°(亦即在0°與90°之間)，例如至少0°且不大於45°(亦即在0°與45°之間)或至少45°且不大於90°(亦即在45°與90°之間)。
該光子偵測器陣列，選擇性地結合一透鏡(例如遠心透鏡)，可偵測自一物體之表面特徵散射之光子，例如該物體的整個表面或該物體之表面的某些預定部位。該光子偵測器陣列，選擇性地結合一透鏡(例如遠心透鏡)，可在能最佳地接收一種或多種型式之特徵散射出來之光子的距離及/或角度(例如最小背景雜訊下最大光子接收效果)來偵測自一物體之表面特徵上散射之光子，例如該物體的整個表面或該物體之表面的某些預定部位。在本文中所提及的，能對自一種或多種型式之特徵散射出來之光子做最佳接收的角度，可用以對具有複數散射角的散射光子加以接收，該等散射光子係分別自一種或多種型式之特徵上散射出來。
在認知到光子是電磁輻射或光線的基本顆粒的前題下，一光子偵測器陣列或光偵測器陣列可偵測包含較寬廣範圍波長(例如全光譜、寬光譜、紫外線-可見 光、可見光、紅外線等)、較狹窄範圍波長(例如紫外線的細部，如UVA、UVB、UVC等的光線；可見光的細部，如紅、綠、藍等；紅外線的細部，如近紅外線、中紅外線等)、或某一特定波長(例如單色)的光線；包含較寬廣範圍頻率(例如全光譜、寬光譜、紫外線-可見光、可見光、紅外線等)、較狹窄範圍頻率(例如紫外線的細部，如UVA、UVB、UVC等的光線；可見光的細部，如紅、綠、藍等；紅外線的細部，如近紅外線、中紅外線等)、或某一特定頻率(例如單色)的光線；偏極化(例如線偏極化、圓形偏極化等)光線、部分偏極化光線、或非偏極化光線；及/或具有不同程度時間及/或空間同調性的光線，自同調光(例如雷射)至非同調光。如本文中所討論的，一光子偵測器陣列或光偵測器陣列可配合一光學配置的一個或多個光學組件使用，以偵測具有任何前述性質的光線。
光子偵測器陣列可包含複數個像素感測器，該等像素感測器每一者可包含一光子偵測器(例如一光二極體)，耦接至一電路，其包含一電晶體，建構成供放大之用。具有該等像素感測器之光子偵測器陣列的特點包括，但不限於，可低溫作業(例如低至-40℃)、低電子雜訊(例如2-10 e- RMS；1 e- RMS；<1 e- RMS等)、寬動態範圍(例如30,000：1、8,500：1、3,000：1等)、及/或較短的光子/光線收集時。一光子偵測器陣列可包含大數量的像素感測器(例如1,000,000或1M像素感測 器)，以二維陣列的列及行來配置，其中每一像素感測器包含一光子偵測器，耦接至一放大器。在某些實施例中，例如說，光子偵測器陣列可包含至少1M、2M、3M、4M、5M、6M、7M、8M、9M、或10M，或更多個像素感測器，以二維陣列的列及行來配置。在某些實施例中，例如說，光子偵測器陣列可包含不多於10M、9M、8M、7M、6M、5M、4M、3M、2M、或1M的像素感測器，以二維陣列的列及行來配置。前面所述的組合亦可用以描述一光子偵測器陣列中的多個像素感測器。在某些實施例中，例如說，光子偵測器陣列可包含至少1M且不多於10M(例如在1M與10M之間)的像素感測器，以二維陣列的列及行來配置，例如至少1M且不多於8M(例如在1M與8M之間)的像素感測器，包括至少1M且不多於6M(例如在1M與8M之間)的像素感測器，更進一步可包括至少2M且不多於6M(例如在1M與8M之間)的像素感測器，以及再更進一步包括至少2M且不多於5M(例如在2M與5M之間)的像素感測器。
由於物體表面特徵的表面反射及/或小角度散射(例如4π散射)，表面特徵在尺寸上看起來會比較大，使得像素感測器會大於要使用的表面特徵。在某些實施例中，例如說一光子偵測器陣列可包含微米尺寸(亦即以μm單位測量)像素感測器，其最小的尺寸至少是1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、或10μm。在某些實施例中，例如說一光子偵測器陣列可 包含微米尺寸像素感測器，其最小尺寸不大於10μm、9μm、8μm、7μm、6μm、5μm、4μm、3μm、2μm、或1μm。前面所述的組合亦可用以描述光子偵測器陣列內的微米尺寸像素感測器的尺寸。在某些實施例中，例如說，一光子偵測器陣列可包含微米尺寸像素感測器，其最小尺寸至少是1μm且不大於10μm(例如在1μm與10μm之間)，例如至少1μm且不大於7μm(例如在1μm與7μm之間)，包括至少4μm且不大於10μm(例例如在4μm與10μm之間)且亦包括至少4μm且不大於7μm(例如例如在4μm與7μm之間)。該等微米尺寸像素感測器可應用在用來偵測及/或繪製物體表面特徵之裝置上，其中該表面特徵是比微米尺寸像素感測器小超過100倍。
基於前述，單一光子偵測器陣列或複數個光子偵測器陣列每一者可包含一互補性金屬氧化半導體(“CMOS”)或科學互補性金屬氧化半導體(“sCMOS”)，其每一者均可選擇性做CMOS攝影機或sCMOS攝影機的一部分。另一種方式是，單一光子偵測器陣列或複數個光子偵測器陣列可以每一者均包含一電荷耦合裝置(“CCD”)，其可選擇性地做為CCD攝影機的一部分。雖然CCD式的光子偵測器陣列只具有比CMOS式或sCMOS式光子偵測器陣列較慢的記錄速度，但CCD式光子偵測器陣列在需要較小電子及/或影像噪訊的應用中會較好。CCD式光子偵測器陣列，包括電子倍增式CCD(“EMCCD”)，在某些低光條件的應用中也較好。再 者，複數個光子偵測器陣列並不限於CMOS/sCMOS式光子偵測器陣列或CCD式光子偵測器陣列，因為在某些可藉由採用各種技術而獲得優勢的應用中，複數個光子偵測器陣列可包含任何數量的CMOS/sCMOS式光子偵測器陣列及CCD式光子偵測器陣列。在某些實施例中，例如說，在某些具有足夠CMOS/sCMOS式光子偵測器陣列使用之光線的應用中，CMOS/sCMOS式光子偵測器陣列可用於偵測自物體表面特徵散射開之光子，而在太少光線可供CMOS/sCMOS式光子偵測器陣列使用的應用中，則可用CCD/EMCCD式光子偵測器陣列來偵測自物體表面特徵散射開之光子。
第3圖是偵測一物體之表面特徵的示意圖，以放大的方式顯示一包含有一光學配置及一光子偵測器陣列之裝的剖面圖。如圖所示，物體150包含一表面152及至少表面特徵154。光子可由表面特徵154上散射並由包含有結合至光子偵測器陣列130上之一透鏡120的組合體來加以收集及偵測，該組合體可以設置在能對自一種或多種型式之特徵上散射出來之光子進行最佳接收效果的距離及/或角度處(例如最小背景噪音下的最大光子接收效果)。該光學配置，其可包含一遠心透鏡(例如第1A圖至第1C圖中的透鏡120)，可將自表面特徵154上散射的光子加以收集並聚集於光子偵測器陣列130的一個或多個像素感測器132上，該一個或多個像素感測器每一者可包含一結合於一放大器的光子偵測器(例如CMOS/ sCMOS式光子偵測器陣列、EMCCD式光子偵測器陣列等)。該一個或多個像素感測器132，其每一者均對應於一物體表面之一特定的固定區域及該物體之表面特徵地圖中的一個像素，可提供一個或多個信號給一電腦或等效裝置，以供繪製或以其他方式決定該表面特徵154的位置。該電腦或等效裝置後續可使用像素內插法來進一步繪製表面特徵154。
根據包括物體之型態、表面特徵之型態(例如顆粒、污損、刮痕、空洞等)、及類似者等因素而定，有些時候可能會需要增加單一光子偵測器陣列或複數個光子偵測器陣列的偵測時間，以偵測更多的光子來偵測及/或繪製物體表面特徵。在某些實施例中，例如說，單一光子偵測器陣列或複數個光子偵測器陣列的偵測時間可以增加，以偵測更多的光子。在該等實施例中，一CCD式光子偵測器陣列，包括電子倍增EMCCD，可用於進一步偵測更多的光子。另一種方式，或額外採用，可以增加自單一光子發射器或複數個光子發射器上發射出來的光子數量(例如光子能量)，以提供較多散射出來的光子，供偵測及/或繪製物體表面特徵之用。該光子能量的增加可以是單位時間內增加光子功率，或單位時間內增加光子通量密度。除了增加光子能量或偵測時間之一者或二者以外的其他方案是，或額外加附於增加光子能量及偵測時間上的方案，其有時可以將背量噪音減至最小，包括來自一個或多個光子發射器的雜光、背景光、及/或背景螢光輻射。
該裝置可進一步包含一個或多個電腦或等效裝置(例如包含主要及/或次要記憶體及一個或多個可運作來進行算術及邏輯運算之處理元件的裝置)，包括，但不限於，伺服器、工作站、桌上型電腦、桌上型易網機、膝上型電腦、隨身型易網機、及行動裝置，例如平板電腦及智慧型手機，該電腦或等效裝置可具有某些特定功能積體電路(“ASIC”)、可程式化閘陣積體電路(“FPGA”)等。該電腦或等效裝置可包括可電腦讀取儲存媒介，用以儲存供使該裝置運作的指令，包括，但不限於，運送每一物體至該裝置以供檢測；置放每一物體，以供檢測，選擇性包括將該物體做漸次旋轉，以供進行分段式的檢測；固持或以其他方式保持每一物體的位置，以供檢測；將光學組件插入至光學配置內，例如說使用機械式致動器；置放光學組件，以供進行檢測；調整光學組件(例如將透鏡聚焦)及/或調諧光學組件(例如壓電式波長濾波器、壓電式偏極化濾波器等)，以供進行檢測；將光學組件自光學配置中移除；移動每一光子發射器至用以檢測的位置，其中該用以檢測的位置包括針對一種或多種型式之特徵最佳化的光子發射器-物體距離及/或角度(例如掠射角)；將每一光子發射器加以啟動及關閉，或在發射光子及不發射光子的模式間切換；移動每一光子偵測器陣列至用以檢測的位置，其中該用以檢測的位置包括針對一種或多種型式之特徵最佳化的光子偵測器陣列-物體距離及/或角度(例如散射角)；將每一光子偵測器陣列加以啟動及關 閉，或在偵測光子及不偵測光子的模式間切換；根據光子發射-光子偵測模式將每一光子發射器與每一光子偵測器同步化；處理來自散射光子的光子偵測器陣列信號，選擇性地包括像素內插，以得到表面特徵位置的更佳精確度(例如比像素尺寸更佳10x)；由光子偵測器陣列信號或處理過之光子偵測器陣列信號(例如光子散射強度分佈)來繪製或以其他方式決定物體表面特徵的位置；定量及/或定性地特性化物體表面特徵；編錄物體表面特徵；以及決定物體表面特徵的傾向。
該裝置可建構成能偵測及/或繪製物體表面特徵，其中該表面特徵的最小尺寸(例如長度、寬度、高度、或深度，依表面特徵而定)係為奈米尺寸(亦即以nm單位測量)或更小，該表面特徵可小於自該裝置之一光子發射器發射出之光子的波長。但是，該裝置並不受限於奈米尺寸或更小的物體表面特徵，因為該裝置可建構成能偵測及/或繪製物體表面特徵，其中該表面特徵係微米尺寸(亦即以μm單位測量)或更大。在某些實施例中，例如說，該裝置可建構成能偵測及/或繪製物體表面特徵，其中表面特徵的最小尺寸係小於500nm、250nm、200nm、150nm、125nm、110nm、100nm、90nm、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm、10nm、或1nm(10Å)，或是更小，例如該物體表面特徵的最小尺寸係小於9Å、8Å、7Å、6Å、5Å、4Å、3Å、2Å、或1Å。基於前述，在某些實施例中，例如說，該裝置可 建構成能偵測及/或繪製物體表面特徵，其中表面特徵是在0.1nm與1000nm之間，例如在0.1nm與500nm之間，包括在0.1nm與250nm之間，且可進一步包括在0.1nm與100nm之間，甚至更進一步包括在0.1nm與80nm之間。再者，該裝置可建構成能偵測及/或繪製次表面特徵，例如次表面暇疵，其中該次表面特徵的深度大於1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、或10nm，或更深。
該裝置可建構成能偵測及/或繪製物體表面特徵，包括表面及/或次表面暇疵，包括顆粒污染，其中該等顆粒在最小尺寸(例如長度、寬度、或高度)上是為奈米尺寸(亦即以nm單位測量)或更小。在某些實施例中，例如說，該裝置可建構成能偵測及/或繪製最小尺寸小於125nm的表面及/或次表面顆粒，例如小於100nm，包括小於80nm，且進一步包括小於10nm。偵測及/或繪製高度小至10nm等級的表面及/或次表面顆粒對於硬碟機的硬碟片而言是非常重要的，因為高度(例如自該表面起算)大於10nm的顆粒會破壞硬碟機中的硬碟片與讀寫頭間之間距。在某些實施例中，例如說，該裝置可建構成能偵測及/或繪製高度小至或更小於4nm的表面及/或次表面顆粒。
該裝置可建構成能偵測及/或繪製異質物體表面特徵，包括表面及/或次表面暇疵，包含在最小尺寸(例如長度、寬度、或深度)上是微米尺寸(亦即以μm 單位測量)或更小的刮痕(例如周邊刮痕)，例如奈米尺寸(亦即以nm單位測量)或更小，例如埃尺床(亦即以Å單位測量)或更小。就微米尺寸的刮痕而言，該裝置可建構成能偵測及/或繪製例如說長度自1μm至1000μm的刮痕，其係遠長於自該裝置之一光子發射器發射出之光子的波長。在某些實施例中，例如說，該裝置可建構成能偵測及/或繪製刮痕-長度小於1000μm的刮痕，例如小於500μm，包括小於250μm，進一步包括小於100μm，且更進一步包括小於50μm。就奈米尺寸的刮痕而言，該裝置可建構成能偵測及/或繪製刮痕寬度為例如說自1nm至500nm的刮痕。在某些實施例中，例如說，該裝置可建構成能偵測及/或繪製刮痕寬度小於500nm，例如小於250nm，包括小於100nm，進一步包括小於50nm，且更進一步包括小於15nm的刮痕。很意外的，由於高度的空間同調性之故，該裝置可建構成能偵測及/或繪製刮痕尺寸為埃尺寸的刮痕。在某些實施例中，例如說，該裝置可建構成能偵測及/或繪製刮痕深度小於50Å，例如小於25Å，包括小於10Å，進一步包小於5Å，且更進一步包括小於1Å(例如0.5Å)的刮痕。例如說，該裝置可建構成能偵測及/或繪製長度小於500μm、寬度小於100nm、且深度小於50Å的刮痕。
該裝置係可操作來準確及/或精確地繪製或以其他方式決定一特徵在一物體表面上的位置(例如第6A圖(上半部)及第6B圖(上半部))。就正確性而 言，該裝置可操作來以微米尺寸的半徑或更佳地繪製或以其他方式決定一特徵在一物體表面上的位置(亦即以μm單位測量)。在某些實施例中，例如說，該裝置可操作來以100μm、90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm、9μm、8μm、7μm、6μm、5μm，4μm、3μm、2μm、或1μm半徑範圍內或一更佳地準確繪製或以其他方式決定一特徵在一物體表面上在的位置。前面所述的組合亦可用以描述該裝置能夠繪製或以其他方式決定一特徵在一物體表面上的位置的準確性。在某些實施例中，例如說，該裝置可操作來以自1μm至100μm，例如自1μm至50μm，包括自1μm至30μm，且進一步包括自5μm至10μm之半徑範圍內準確地繪製或以其他方式決定一特徵在一物體表面上在的位置。
除了準確及/或精確地繪製或以其他方式決定一特徵在一物體表面上的位置以外，該裝置亦可操作來準確及/或精確地決定該物體之表面上的該特徵的光子散射強度分佈(例如第6A圖(下半部)及第6B圖(下半部))。該光子散射強度分佈可供用來定量及定性地特徵化一物體上的一表面特徵。
就定量地特徵化一物體之一表面特徵而言，光子散射強度分佈的數學積分可提供該物體之該表面特徵的大小(例如體積)。定量地特徵化一物體之一表面特徵可進一步包括本文中所描述之決定該物體上之表面特徵位置。定量地特徵化亦可進一步包括每一物體之表面特徵的 全部數量，或是每一物體之每一單位面積上的表面特徵的數量，以及該物體上每種型式之表面特徵的數量。如果該等特徵包括有會使物體性能劣化的表面及/或次表面暇疵的話，則此等特徵化資訊可跨越複數個物體編錄，並可用於修正製造方向。
就定性地特徵化一物體之一表面特徵而言，定性特徵化包括決定物體之表面特徵的型式(例如顆粒、污損、刮痕、空洞等)，該項決定可透過分析光子散射強度分佈來達成，但不限於此。定性特徵化可進一步包括區分已知可針對波長對光子做差異化散射的表面特徵；一偏極化濾波器可用以區分已知可針對偏極化對光子做差異化散射的表面特徵；一同調濾波器可用以區分已知可針對同調性對光子做差異化散射的表面特徵；而一相位濾波器或波片可用以針對相位對光子做差異性散射的表面特徵。在某些實施例中，例如說，一個或多個物體之表面特徵的定性特徵化可包含比對在無前述濾波器而得到的光子散射資訊與使用一個或多個前述濾波器而得到的光子散射資料，或是比對在無前述濾波器情形下所製成的第一表面特徵地圖與使用一個或多個前述濾波器而製成的第二表面特徵地圖(或複數個表面特徵地圖)。如果該等特徵包括有會使物體性能劣化的表面及/或次表面暇疵的話，則配合定性特徵化資訊，該定性特徵化資訊可跨越複數個物體編錄，並可用於修正製造方向。
本文中所描述的裝置可建構成能以高於或相 等於物體或工件製做速率的速率來處理或檢測物體。在某些實施例中，例如說，該裝置可建構成能以每秒至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、或20，或更多個物體的速率來處理或檢測物體，該速率係相等於物體或工件製做的速率。在某些實施例中，例如說，裝置可建構成能以每秒不多於20、18、16、14、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2、或1個物體的速率來處理或檢測物體，該速率可相等於物體或工件製做的速率。前面所述的組合亦可用以描述物體或工件由該加以處理或檢測的速率。在某些實施例中，例如說，該裝置可建構成能處理或檢測每秒至少1個且不多於20個物體(例如每秒1個與20個物體之間)，例如每秒至少1個且不多於10個物體(例如每秒1個與10個物體之間)，包括每秒至少1個且不多於5個物體(例如每秒1個與5個物體之間)。以大於或等於物體或工件製做速率的速率來處理或檢測物體是本文中所述之裝置的許多特點的函數，包括，但不限於，在處理或檢測過程中不能移動的光子發射器及/或物體(例如進行掃描)。例如說，一物體，如硬碟機之硬碟片在處理或檢測的過程中不能旋轉。如此，該裝置可建構能在發射光子至該物體之表面上時，保持物體固定不動。
本文中所描述的裝置可以全自動，並以不同模式作動，包括，但不限於超快速模式、超靈敏模式、以及超靈敏進階模式。就超快速模式而言，該裝置可運作比 其他的光學表面分析儀(例如KLA-Tencor Candela CS10或CS20)快至少200倍，可偵測例如包括小至至少100nm之顆粒的暇疵之類的表面特徵，可部分偵測例如包括刮痕之類暇疵的表面特徵(例如奈米尺寸的刮痕)，以及可提供粗糙度之測量。就超靈敏模式而言，該裝置可運作比其他的光學表面分析儀快至少50倍，可偵測例如包括小至至少30nm之顆粒的暇疵之類的表面特徵，以及可提供粗糙度之測量。就超靈敏進階模式而言，該裝置可運作比其他的光學表面分析儀快至少20倍，可偵測例如包括小至至少30nm之顆粒的暇疵之類的表面特徵，可完全偵測例如包括刮痕之類暇疵的表面特徵(例如奈米刮痕)，以及可提供粗糙度之測量。
如此，本文中提供的是一種裝置，包含一光子發射器，建構成可發射光子至一物體之一表面；一反射性表面組合，包含一第一反射性表面及一第二反射性表面，其中該反射性表面組合係建構成可反射光子至該物體的該表面；一光子偵測器陣列，係建構用來偵測自該物體之表面特徵散射的光子；以及一處理裝置，係建構用來處理對應於自該物體的該表面特徵散射之光子的光子偵測器陣列信號。在某些實施例中，該反射性表面組合係可操作來將該物體之該表面上的光子通量相對於在沒有該反射性表面組合的情形下由光子發射器提供給該物體之該表面的光子通量增加為至少2倍。在某些實施例中，該反射性表面組合係可操作來將該光子偵測器陣列的光子通量相對於 在沒有該反射性表面組合的情形下該光子偵測器陣列的光子通量增加為至少3倍。在某些實施例中，第一反射性表面包含一單向鏡子，而光子則穿過該單向鏡子到達該物體之表面。在某些實施例中，第二反射性表面包含一鏡子，而光子則由該鏡子反射回到該物體之表面。在某些實施例中，該裝置進一步包含該反射性表面組合的第三反射性表面，其中該第三反射性表面包含該物體之該表面。在某些實施例中，該裝置進一步包含該反射性表面組合的一第三反射性表面，其中該物體是透明的，且其中該物體是設置成平行地近鄰於該第三反射性表面。在某些實施例中，該裝置進一步包含一遠心透鏡，結合至該光子偵測器陣列上。在某些實施例中，該處理裝置包含一個或多個電腦或等效裝置，係建構用來繪製該物體的該表面特徵。
另外亦提供一種裝置，其包含一光子發射器建構，可發射光子至一物體之一表面；一第一反射性表面及一第二反射性表面，係建構用以反射該光子至該物體的該表面；以及一處理裝置建構，可處理來自一光子偵測器陣列而對應於由該物體之表面特徵散射之光子的信號。在某些實施例中，該第一反射性表面及該第二反射性表面係可操作來將該物體的該表面上的光子通量相對於沒有該該第一反射性表面及該第二反射性表面之情形下由該光子發射器提供給該物體的該表面的光子通量增加為至少2倍，且其中該第一反射性表面及該第二反射性表面係可操作來將該光子偵測器陣列的光子通量相對於沒有該第一反射性 表面及該第二反射性表面之情形下該光子偵測器陣列的光子通量增加為至少3倍。在某些實施例中，該第一反射性表面是一單向鏡子，而光子穿過該單向鏡子到達該物體的該表面，且其中該第二反射性表面是一鏡子。在某些實施例中，該裝置進一步包含一第三反射性表面，其中該第三反射性表面包含該物體的該表面。在某些實施例中，該裝置進一步包含一第三反射性表面，其中該物體是透明的，且其中該物體是設置成平行地近鄰於該第三反射性表面。在某些實施例中，該處理裝置包含一個或多個電腦或等效裝置，係建構用來繪製該物體的該表面特徵。
另外亦提供一種裝置，包含一光子發射器，建構成可發射光子至一物體之一表面；反射性表面組合，包含一第一反射性表面及一第二反射性表面，其中該反射性表面組合係建構成可反射光子至該物體的該表面；一透鏡暨光子偵測器陣列組合體，係建構成可收集及偵測自該物體之表面特徵散射之光子，其中該透鏡係一遠心透鏡；以及一處理裝置，係建構用來處理對應於自該物體的該表面特徵散射之光子的光子偵測器陣列信號。在某些實施例中，該反射性表面組合係可操作來將該物體的該表面上的光子通量相對於沒有該反射性表面組合之情形下由該光子發射器提供給該物體的該表面的光子通量增加為至少2倍，且其中該反射性表面組合係可操作來將該光子偵測器陣列的光子通量相對於沒有該反射性表面組合之情形下該光子偵測器陣列的光子通量增加為至少3倍。在某些實施 例中，該第一反射性表面包含一單向鏡子，而光子穿過該單向鏡子到達該物體的該表面，且該第二反射性表面包含一鏡子，而光子由該鏡子反射回到該物體的該表面。在某些實施例中，該反射性表面組合的一第三反射性表面，其中該第三反射性表面包含該物體的該表面。在某些實施例中，該裝置進一步包含一第三反射性表面，其中該物體是透明的，且其中該物體是設置成平行地近鄰於該第三反射性表面。在某些實施例中，該處理裝置包含一個或多個電腦或等效裝置，係建構用來繪製該物體的該表面特徵。
另外亦提供一種裝置，包含一反射性表面組合，包含一第一反射性表面及一第二反射性表面，其該反射性表面組合係建構成可反射光子至一物體之一表面；一光子偵測器陣列，係建構用來偵測自該物體之表面特徵散射的光子；以及一處理裝置建構，可處理對應於自該物體的該表面特徵散射之光子的光子偵測器陣列信號。在某些實施例中，該反射性表面組合係可操作來將該物體的該表面上的光子通量相對於沒有該反射性表面組合之情形下由該光子發射器提供給該物體的該表面的光子通量增加為至少2倍，且該反射性表面組合係可操作來將該光子偵測器陣列的光子通量相對於沒有該反射性表面組合之情形下該光子偵測器陣列的光子通量增加為至少3倍。在某些實施例中，該第一反射性表面包含一單向鏡子，而光子穿過該單向鏡子到達該物體的該表面，其中該第二反射性表面包含一鏡子，而光子由該鏡子反射回到該物體的該表面，且 該裝置進一步包含該反射性表面組合的一第三反射性表面，其中該第三反射性表面包含該物體的該表面。在某些實施例中，該第一反射性表面包含一單向鏡子，而光子穿過該單向鏡子到達該物體的該表面，其中該第二反射性表面包含一鏡子，而光子由該鏡子反射回到該物體的該表面，且該裝置進一步包含該反射性表面組合的一第三反射性表面，其中該第三反射性表面包含設置成平行地鄰近於一透明物體的一鏡子。在某些實施例中，該處理裝置包含一個或多個電腦或等效裝置，係建構用來繪製該物體的該表面特徵。
雖然在本文中描述及/或顯示某些特定的實施例，且雖然這些特定的實施例係以相當詳細的方式來加以描述及/或顯示，但申請人並不意欲以這些特定實施例來限制本文中所呈現的概念。對於具有此技藝一般技術之人士而言，其他的配合及/或修改係顯而易知的，且以較寬廣的觀點來看，這些配合及/或修改亦會被包含在內。因此，在不脫離本文中所呈現的概念的範疇的情形下，其亦有可能與前述實施例不相同，而該等範疇係僅可由下列申請專利範圍在適當地闡釋下來加以限定的。
100‧‧‧裝置
110‧‧‧光子發射器
120、122、124‧‧‧光學組件
130‧‧‧光子偵測器陣列
150‧‧‧物體

Claims (20)

  1. 一種裝置，包含：一光子發射器，建構成可發射光子至一物體之一表面；一反射性表面組合，包含一第一反射性表面及一第二反射性表面，其中該反射性表面組合係建構成可反射光子至該物體的該表面；一光子偵測器陣列，係建構用來偵測自該物體之表面特徵散射的光子；以及一處理裝置，係建構用來處理對應於自該物體的該表面特徵散射之光子的光子偵測器陣列信號。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該反射性表面組合係可操作來將該物體的該表面上的光子通量相對於沒有該反射性表面組合之情形下由該光子發射器提供給該物體的該表面的光子通量增加為至少2倍。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該反射性表面組合係可操作來將該光子偵測器陣列的光子通量相對於沒有該反射性表面組合之情形下該光子偵測器陣列的光子通量增加為至少3倍。
  4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第一反射性表面包含一單向鏡子，而光子穿過該單向鏡子到達該物體的該表面。
  5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第二反射 性表面包含一鏡子，而光子由該鏡子反射回到該物體的該表面。
  6. 如申請專利範圍第1項之裝置，進一步包含該反射性表面組合的一第三反射性表面，其中該第三反射性表面包含該物體的該表面。
  7. 如申請專利範圍第1項之裝置，進一步包含該反射性表面組合的一第三反射性表面，其中該物體是透明的，且其中該物體是設置成平行地近鄰於該第三反射性表面。
  8. 如申請專利範圍第1項之裝置，進一步包含一遠心透鏡，耦合至該光子偵測器陣列。
  9. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該處理裝置包含一個或多個電腦或等效裝置，係建構用來繪製該物體的該表面特徵。
  10. 一種裝置，包含：一光子發射器，建構成可發射光子至一物體之一表面；一第一反射性表面及一第二反射性表面，係建構用以反射該光子至該物體的該表面；以及一處理裝置，建構成可處理來自一光子偵測器陣列而對應於由該物體之表面特徵散射之光子的信號。
  11. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中該第一反射性表面及該第二反射性表面係可操作來將該物體的該表面上的光子通量相對於沒有該第一反射性表面及該第二反 射性表面之情形下由該光子發射器提供給該物體的該表面的光子通量增加為至少2倍，且其中該第一反射性表面及該第二反射性表面係可操作來將該光子偵測器陣列的光子通量相對於沒有該第一反射性表面及該第二反射性表面之情形下該光子偵測器陣列的光子通量增加為至少3倍。
  12. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中該第一反射性表面是一單向鏡子，而光子穿過該單向鏡子到達該物體的該表面，且其中該第二反射性表面是一鏡子。
  13. 如申請專利範圍第10項之裝置，進一步包含一第三反射性表面，其中該第三反射性表面包含該物體的該表面。
  14. 如申請專利範圍第10項之裝置，進一步包含一第三反射性表面，其中該物體是透明的，且其中該物體是設置成平行地近鄰於該第三反射性表面。
  15. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中該處理裝置包含一個或多個電腦或等效裝置，係建構用來繪製該物體的該表面特徵。
  16. 一種裝置，包含：一反射性表面組合，包含一第一反射性表面及一第二反射性表面，其中該反射性表面組合係建構成可反射光子至一物體之一表面；一光子偵測器陣列，係建構用來偵測自該物體之表面特徵散射的光子；以及 一處理裝置，建構成可處理對應於自該物體的該表面特徵散射之光子的光子偵測器陣列信號。
  17. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該反射性表面組合係可操作來將該物體的該表面上的光子通量相對於沒有該反射性表面組合之情形下由該光子發射器提供給該物體的該表面的光子通量增加為至少2倍，且其中該反射性表面組合係可操作來將該光子偵測器陣列的光子通量相對於沒有該反射性表面組合之情形下該光子偵測器陣列的光子通量增加為至少3倍。
  18. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該第一反射性表面包含一單向鏡子，而光子穿過該單向鏡子到達該物體的該表面，其中該第二反射性表面包含一鏡子，而光子由該鏡子反射回到該物體的該表面，且該裝置進一步包含該反射性表面組合的一第三反射性表面，其中該第三反射性表面包含該物體的該表面。
  19. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該第一反射性表面包含一單向鏡子，而光子穿過該單向鏡子到達該物體的該表面，其中該第二反射性表面包含一鏡子，而光子由該鏡子反射回到該物體的該表面，且該裝置進一步包含該反射性表面組合的一第三反射性表面，其中該第三反射性表面包含設置成平行地鄰近於一透明物體的一鏡子。
  20. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該處理裝置包含一個或多個電腦或等效裝置，係建構用來繪製該物體的該表面特徵。
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