TW202136753A - 大表面的反射型傅立葉疊層成像 - Google Patents

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內麗莎 蘇 戴格
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Abstract

各種實施例包含反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)設備及RFPM之使用方法。在一範例中，該RFPM包含多組分光源，其係配置以將輻射引導至一表面上。該多組分光源具有多個個別光源，該多個個別光源之各者係配置以個別地啟動。該RFPM更包含用以接收從表面反射或散射或重定向之輻射的集光元件、以及用以將來自集光元件之所收集的光能轉換為電信號輸出的感測器元件。揭示了其他設備、設計、及方法。

Description

大表面的反射型傅立葉疊層成像
所揭示之標的大體上係關於偵測表面和近表面上之缺陷(表面下的缺陷)的領域。更具體而言，所揭示之標的係關於使用反射型傅立葉疊層成像系統的自動缺陷偵測。 [相關申請案的交互參照]
本申請案主張2019年12月2日提交的案名為「REFLECTIVE FOURIER PTYCHOGRAPHY IMAGING OF LARGE SURFACES」的美國專利申請案第62/942,636號的優先權，在此將其全文引入以供參照。
用於表面之同時相機檢測技術利用具有較大視域和低解析度的昂貴相機、或具有高放大率和高解析度但伴隨較小視域的系統。例如，當前的機器視覺技術無法以足夠的解析度適時地檢測整個部件的表面(例如，其面積可為大約0.25 m2 )。
利用透射型技術的一種先前技術系統在使用具有較小數值孔徑之集光元件的同時實現高放大率技術，從而允許對較大圖像區域進行取樣。參照圖1，先前技術的透射型傅立葉疊層成像顯微鏡(TFPM)設備100的簡圖係顯示為具有可程式LED陣列110之形式的多工照明。TFPM設備100使用具有可程式LED陣列110作為光源的習知明場顯微鏡120。可程式LED陣列110促使照明101在樣品103之傅立葉平面109處形成周密的型樣。來自樣品103的光105穿過明場顯微鏡120的第一光學透鏡107及第二光學透鏡111。透射光113被成像裝置115所接收。成像裝置115可包含相機。從成像裝置115獲得的圖像資料係電耦合至計算裝置117。圖像資料係從成像裝置115傳輸至計算裝置117，以進行處理並最終顯示在監視器(未圖示)上。
LED陣列110包含一可程式控制器(未圖示，但為熟習本技藝者可理解)，其係配置以按預定的型樣及時間順序使設置在LED陣列110的面上的一或更多發光二極體發光(作為時間的函數)。因此，圖1的圖式顯示使用傅立葉疊層成像技術的先前技術系統，其促成使用具有較大視域(FOV)的低數值孔徑(NA)物鏡。即使使用低NA物鏡，傅立葉疊層成像設備因各種光源及所產生之光的型樣而仍能夠在整個圖像上獲得高解析度。除了所示之LED陣列110之外，傅立葉疊層成像顯微鏡設備的各種先前技術實例還使用可相對於樣品而傾斜並重新定位的照明源(例如，LED)。
然而，即使TFPM設備100及類似的先前技術設備具有針對透射型顯微鏡的許多有用的應用，但TFPM設備100僅對允許光從其通過的物體(例如生物樣品)有用。因此，TFPM設備100不適用於反射式顯微鏡及成像技術。再者，TFPM設備100較不適用於掃描具有如上述之表面積的大樣品。
此章節中所述之資訊係供以對熟習本技藝者提供以下所揭示標的之背景，而不應被視為所承認之先前技術。
所揭示之標的之實施例描述一種反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，用以偵測部件之表面上的缺陷。該方法包含：將該部件裝載於該RFPM之固持夾具上；以及從多組分光源產生至少一個照明型樣，該多組分光源係配置以將輻射引導至該表面上。該多組分光源具有複數個別光源，該複數個別光源之各者係配置以個別地啟動。該至少一個照明型樣係選自包括時間性型樣及空間性型樣的多個型樣。該方法更包含：在感測器元件中收集從該表面重定向的輻射；藉由微分相位差(DPC)技術從該感測器元件所收集之輻射中獲得相位導數量測結果；決定從該表面至該感測器元件的成像軸之間的角度；以及判定該表面上之一或更多缺陷的至少一高度特徵。
所揭示之標的之另一實施例描述一種反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，用以偵測部件之表面上的缺陷。該方法包含：將待檢測的一非生物部件裝載於一夾具上；以及選擇一程式以運行和控制該RFPM之一或更多態樣。該等態樣可選自包括以下者之態樣：多組分光源的空間性型樣、該多組分光源的時間性型樣、待偵測之缺陷尺寸的範圍、待檢測之部件的區域、一或更多受偵測缺陷的至少一個高度特徵、以及欲紀錄之該非生物部件的多個圖像。
所揭示之標的之另一實施例描述一種反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，用以偵測部件之表面上的缺陷。該方法包含從多組分光源產生至少一個照明型樣，該多組分光源係配置以將輻射引導至該表面上。該多組分光源具有多個個別光源，該多個個別光源之各者係配置以個別地啟動。該至少一個照明型樣係選自時間性型樣及空間性型樣。該方法更包含：利用明場成像及暗場成像以對該表面之圖像的傅立葉空間進行取樣；在一感測器中收集從該表面重定向的輻射；藉由微分相位差(DPC)技術從該感測器所收集之經重定向的輻射中獲得靠近缺陷之區域中的相位導數量測結果；決定從該表面至該感測器的成像軸之間的角度；以及判定該表面上之一或更多缺陷的至少一高度特徵。
以下描述包括體現所揭示標的之各種態樣的說明性示例、裝置、和設備。在以下的敘述中，為了說明之目的，描述了大量的特定細節，以提供對發明標的之各種實施例的理解。然而，對於熟習本技藝者而言，顯然可在沒有該等特定細節之情況下實行所揭示之標的之各種實施例。再者，公知的結構、材料、和技術未被詳細顯示出，以免混淆各個所示出之實施例。
以下討論的各種例示實施例聚焦於反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)設備。在閱讀並理解了本文所提供的揭示內容之後，熟習本技藝者將輕易理解，各種技術、設計、和範例可全部以各種組合方式加以應用。作為對本主題的介紹，將在以下段落中簡要且概括地描述一些實施例，然後將參照圖式而進行更詳細的描述。
當前製造商用於檢測部件的檢測系統和方法依賴於包括人工檢測及機器檢測的技術，人工檢測係用於測出部件中的大缺陷(例如，具有約500 µm以上的「直徑」)，而機器檢測對部件表面的一小部分進行檢測以測出微小的缺陷(例如，約10 µm以上)。各個製造商(例如，半導體製程及計量工具的製造商)所使用之該等檢測系統和方法大體上僅檢測約0.0003%至約0.0007%的部件表面，並且使用此小樣本對整個部件的品質進行推斷和假設。此等對部件的較小檢測百分比使得受檢測表面代表部件的實際品質狀態之信賴度僅為約2%至約4%。當代的系統和方法僅檢測很小一部分的部件之原因係基於光學元件的物理特性，如以下簡要地描述。
如熟習本技藝者所理解，基於顯微鏡之檢測系統通常使用顯微鏡物鏡來收集穿透通過物體的光或從物體反射的光。熟習本技藝者理解雷利(Rayleigh)解析度極限(LR ) (顯微鏡可解析多小的特徵部)係基於以下方程式：
Figure 02_image001
其中λ 為用於照射物體的光之波長，而NA為顯微鏡物鏡的數值孔徑。NA與透鏡和物體之間的介質的折射率以及進入透鏡的光角度有關：
Figure 02_image003
其中n 為透鏡在其中操作之介質的折射率(例如，對空氣而言n 大約等於1.00，對於水而言n 大約等於1.33，對於高折射率浸沒油而言n 大約等於1.52)；且θ 為可進入(或離開)物鏡之光錐的最大半角。因此，隨著數值孔徑(NA)增加，解析度極限(LR )降低，從而允許檢測更小的特徵部(例如缺陷)。
然而，隨著NA增加，景深(例如，圖像深度)及可視區域顯著減小。例如，根據以下公式，景深(DOF )按數值孔徑(NA)的平方減小：
Figure 02_image005
因此，隨著解析度極限降低(允許對更小的特徵部尺寸進行審視)，景深的減小甚至更快。可視區域亦相應地減小。因此，所揭示之標的提出一種系統，其允許對小特徵部進行審視但具有較大的景深及較大的檢測區域。
例如，所揭示之標的的設備及方法可在不到約30分鐘的時間內以與先前技術之基於標準顯微術的系統相似的解析度檢測部件的整個表面，其與上述取樣約0.0003%至約0.0007%的情況相比，在效率方面提高了超過約13,000倍，從而顯著改善量測的信賴度，使得信賴度高達約95%至約99.9997%。
所揭示之標的之各種實施例以反射方式運行，俾對例如硬質表面(例如，非生物的，如無機或非有機的物質)進行檢測。該等表面可包含例如各種金屬(例如，鋁或不銹鋼)、陶瓷(例如，氧化鋁、Al­2 ­O­3 ­)表面、經陶瓷塗佈的表面、元素和化合物半導體基板表面、各種類型的塑料、玻璃表面(本領域中已知的各種類型)、陽極氧化表面、及氧化表面，儘管許多其他類型的表面及材料亦可使用所揭示之標的之實施例來檢測。在一範例中，部件的直徑(或其他特徵面積尺寸)可為約559 mm(約22英吋，具有約0.25 m2 的單一側的表面積)，並且可對部件進行檢測以獲知具有約5 µm至約10 µm以上之特徵尺寸的缺陷。在其他實施例中，可對部件進行檢測以獲知在多達數平方公尺之面積上具有約5 µm至約10 µm以上之特徵尺寸的缺陷。
所揭示之標的之各種實施例亦可用以例如識別材料組成變化、晶體結構變化、或材料內的晶界。具有不同組成或不同晶體結構的材料具有不同的折射率以作為該材料的特性。折射率影響光從材料反射和折射通過材料的方式。因此，各種折射率會產生不同強度的光入射到感測器上，從而允許偵測例如組成或結構的邊界。此外，若材料(如陶瓷或金屬)的晶粒尺寸為微米級，則可利用所揭示之標的之各種實施例來偵測通常需要更高的放大倍數進行觀看的晶界及其他缺陷。再者，從多個角度的光獲取之在晶界處散射的光所產生的圖像除了可識別比習知光學元件可偵測或識別者的尺度更大的較大缺陷以外，還可識別晶界資訊。
所揭示之標的使用具有較大視域的相機而仍可獲得高解析度。所述之設備的實施例使用空間上產生和時間上產生的多個角度的入射光，然後將其以計算方式結合俾增加解析度，並且係在待檢測之部件的大表面積上進行此等操作。由於大量入射光束撞擊在受檢測之部件的表面上，因此亦可減少或消除典型單一的高強度光束所造成的假影。所揭示之設備可使用統計和機器學習以僅審視表面的一部分且同時具有對於整個表面之品質的高信賴度。再者，可利用各種類型的透鏡(例如，物鏡)及波長來修改所揭示之標的之各種實施例，以滿足其所需之特定應用。此外，可使本文所述之各種實施例自動化以掃描整個表面。例如，在一實施例中，為了增加受檢測的表面積，可對RFPM裝置進行光柵掃描或移動至待檢測之表面的不同部分。在另一實施例中，可相對於RFPM裝置而將表面平移。在其他實施例中，對RFPM裝置進行光柵掃描，並同時相對於RFPM裝置而將表面平移。再者，各種實施例可具有關於合格部件的預定標準，從而消除操作員對於偵測到一或更多缺陷進行解釋的需要。
在一特定例示實施例中，所揭示之標的包含反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)設備。RFPM設備以反射方式運行，其利用多組分光源(例如，LED陣列或其他輻射源)、包含用於接收來自經受檢測之物體的鏡面反射光及散射光(從表面反射或重定向的光)之集光元件的透鏡、以及反射光感測器。在許多實施例中，反射光感測器可能從垂直方向(與表面呈正交)偏移一定度數。該系統在明場成像和暗場成像兩者中以不同的照明條件(例如，多組分光源的半圓照明)擷取多個圖像，以對表面圖像的傅立葉空間進行取樣。接著，將該等圖像以計算方式重建，並且將其疊加以提高解析度並減少像差。在進行重建之後，利用機器學習演算法審視圖像中的缺陷，並基於預定標準而判定部件品質。
現參照圖2，顯示根據所揭示之標的之各種實施例的反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)設備200之圖式的例示實施例。RFPM設備200係顯示為包含光源陣列210、集光元件230、及樣品表面203。光源陣列210包含許多的個別光源210A、210B、…、210N。在許多實施例中，個別光源210A、210B、…、210N可各自包含許多基本上單色的光源。光源陣列210可包含具有一或更多波長、一或更多偏振態、或其他特性的個別光源。在特定例示實施例中，個別光源210A、210B、…、210N包含特定波長的個別LED、或LED叢集，其中該等LED叢集係各自可針對相關色溫(CCT)或包含非可見色(例如紫外線或紅外線)的波長範圍而進行調諧的。在許多實施例中，個別光源可包含波長延伸深入紫外線範圍之其他類型的非可見光源。無論使用何種類型的光源，個別光源210A、210B、…、210N之各者皆為可程式的，並且能夠被個別地啟動(打開或關閉)。
集光元件230包含成像透鏡207及感測器元件209。雖然成像透鏡207係顯示為雙凸透鏡，但並非必然包含此等限制，因為，成像透鏡207可包含各種透鏡或透鏡群組之其中一或多者，如本領域中所公知。成像透鏡207係顯示為具有進入透鏡之光錐205的全角度。在特定例示實施例中，成像透鏡207可被其他光學元件(例如鏡件)替代或與其結合使用。在特定例示實施例中，集光元件230包含顯微鏡物鏡。感測器元件209可包含本領域中已知的各種類型之光感測元件，其將所接收之光能轉換為電信號輸出(例如，光偵測器)。在特定例示實施例中，感測器元件209包含CCD陣列。
可將光源陣列210設置為相對於樣品表面203而成角度211。角度211可為固定或可變的，其取決於熟習本技藝者可理解的許多因素。在許多實施例中，角度211可從0°或接近0°至約2°、至約3°、至約5°或更大。再者，個別光源210A、210B、…、210N之各者可具有各種量的光束展開度201。光束展開度可為0°或接近0°(例如，對於雷射或LED源而言)，或者對於其他類型的光源而言可為大於0°。
可將集光元件230設置為相對於樣品表面203而成角度213。角度213可為固定或可變的，其取決於熟習本技藝者可理解的許多因素。在許多實施例中，角度213可從0°或接近0°至約2°、至約3°、至約5°或更大。在特定例示實施例中，角度213大約等於光源陣列210的角度211。RFPM設備200的集光元件230收集從樣品表面203朝向集光元件230反射或散射回來的反射。
因此，由於來自例如相干光源的照明而致使擷取了一系列圖像之各者。然而，歸因於多個光源，使得存在多個入射角，其中的許多入射角係實質上同時可利用的。RFPM設備200可採用光之各種類型的時間性或空間性型樣化以收集一系列圖像。
因此，許多成像模態係利用圖2之相同光學設置方式來實現，在許多實施例中沒有移動部件，僅僅藉由根據預定的時間性和空間性型樣而選擇欲啟動(打開和關閉)的光源陣列210中之個別光源210A、210B、…、210N(例如LED)中的適當光源而實現。因此，光源陣列210中的個別光源之各者、或個別光源中之多者的型樣對應於樣品表面203在單一角度或角度範圍處的照明。因此，可加以型樣化的照明角度範圍比穿過集光元件230的角度範圍更大許多，因此不受集光元件230之數值孔徑所限制。因此，較靠近光源陣列210之中心區域的個別光源對樣品表面203的照明產生明場圖像，而較靠近光源陣列210之外周(在樣品表面203的數值孔徑之外)的個別光源對樣品表面203的照明產生暗場圖像。明場圖像及暗場圖像為熟習本技藝者所熟知和理解。
利用例如在光源陣列210的任一半(例如，跨選定的對稱線)上的LED依序地擷取一對圖像，允許RFPM設備200藉由微分相位差(DPC)技術而獲得相位導數(phase-derivative)量測結果。利用DPC技術，可獲得使用來自光源陣列210之不同來源型樣而擷取之圖像的定量相位差。因此，定量相位係根據例如利用互補的不對稱照明型樣所擷取的兩個圖像而回復。兩個圖像之間的差異與樣品表面203沿不對稱軸的相位導數有關。因此，DPC技術為部分相干成像技術(僅有來自單個LED的照明包含相干光源)。歸因於可使用光源陣列210實施的各種型樣化技術，使得可在RFPM設備200中實質上即時且沿著許多不對稱軸而實施DPC測量，而無需使用任何可動部件。因此，可在RFPM設備的照射側(光源陣列210之側)或偵測(反射回或散射回的)側(集光元件230之側)無需任何機械變更之情況下實施DPC技術。因此，可發展出光源陣列210的各種照明策略以適應不同類型的樣本及成像需求。
熟習本技藝者理解，在光學元件及光散射之一般技術中，可從以下操作中獲取高度資訊：擷取多個圖像的一或更多相位差並使用此資訊來獲取高度特徵(例如，缺陷的特徵高度尺寸)。在使用明場圖像的反射式顯微鏡中，可例如擷取兩個半月形照明型態(例如，左右或上下)。在離軸照明情況下，相位會根據對比度而實質上線性變化。然而，在單一圖像中，相位資訊及波幅資訊兩者係不可分離地在所得信號中進行卷積，因此無法從信號中個別地獲取相位。來自不同角度的多個圖像會具有相同的波幅對比度，但具有不同的相位對比度。因此，當擷取複數圖像之間的差異時，可孤立出相位對比度。
在反射方式下，可透過下列方程式將相位與高度或深度相關聯：
Figure 02_image007
其中φ為所接收之信號的相位，kz 為z方向上的波向量，且h為所關注特徵部的高度。波向量kz 可由以下方程式決定：
Figure 02_image009
其中θ 為成像軸與照明點之間的角度(若筆直向上和向下，則為垂直線與LED所處位置之間的角度)，而λ 為光的波長。因此，若藉由圖像而判定相位、已知照明角度及光的波長，則可確定相對高度圖。這會指示出缺陷係在部件之大致平坦的平面之上或之下。
以上提供的說明通常對單次反射(非透射信號)有效，儘管可使用一組相似的數學(雖然更為複雜)從透射的信號中獲取相似的資訊。在固體表面上有透明塗層的情況下，可能會遇到各種類型的反射。然而，熟習本技藝者將會理解如何可將此等反射包括在以上提供的方程式中。
現參照圖3A，顯示根據所揭示之標的之各種實施例的RFPM設備300的圖式之另一例示實施例。RFPM設備300係顯示為包含左側光源陣列310L及右側光源陣列310R。光源陣列310L、310R之各者包含許多的個別光源(未圖示，但可與圖2的光源陣列210相同或相似)。左側光源陣列310L及右側光源陣列310R可分別成一或更多角度301L及301R。左側光源陣列310L及右側光源陣列310R之各者可成相對於對側之角度而有所不同的一或更多角度301L及301R。左側光源陣列310L及右側光源陣列310R之各者的相應角度301L及301R可為固定或可變的。此外，雖然並未明確圖示出，但RFPM設備300可包含分光鏡元件，俾使光源陣列310L、310R之其中至少一者可與集光元件230的射束路徑實質正交地設置。此等分光鏡設計在相關技術領域中係已知的。在其他實施例中，光源陣列可圍繞集光元件230，並且位於容置集光元件230的裝置中。再者，儘管圖3A暗指左側光源陣列310L及右側光源陣列310R為平面元件，但不應推定此等限制，如以下參照圖3B及3C所討論。
圖3B及3C顯示可與圖3A之RFPM設備300一起使用的光源之配置的例示實施例。圖3B顯示具有多個個別光源330A、330B、…、330N之光源陣列330的配置320。因此，顯示出最下部(例如，光源陣列330的下側，其最靠近表面)。可基於待檢測之表面的給定尺寸及其他特性所需的多個個別光源而決定個別光源330A、330B、…、330N之相鄰的列之間的角度331。儘管角度331係顯示為相鄰的列之個別光源330A、330B、…、330N彼此相隔約45°，但不應推定對角度331的此等限制。
並且，個別光源330A、330B、…、330N可能並非依線性陣列的形式排列。個別光源可依各種空間週期性及非空間週期性(包括隨機)陣列的形式排列。例如，在特定例示實施例中，個別光源係依一系列同心圓的形式排列，其中每個相鄰的列具有與前一列或後一列相同數量的個別光源。在另一特定例示實施例中，個別光源係依一系列同心圓的形式排列，其中每個相鄰的列與前一列或後一列相比而具有數量更多或更少的個別光源。在又另一特定例示實施例中，個別光源係依阿基米德蝸線(Archimedes spiral)或其他幾何排列方式排列。此外，光源陣列330可包含局部平坦的表面(例如，從陣列的內周至外周)。在其他實施例中，光源陣列330可包含凹形或凸形表面、或者所列出或考量的幾何組合之任何者。
例如，圖3C顯示圖3A之RFPM設備300的配置之三維側視圖340。在此側視圖中，RFPM設備300係顯示為具有實質上為截頭圓錐形的形狀。角度341可從0°或接近0°至45°或更大。
基於閱讀和理解所揭示之標的，熟習本技藝者將會明白，RFPM設備的各種實施例之各者可用於量測各種尺寸、在各種材料的表面上、及在大表面積上(例如，從幾分之一平方公尺到幾平方公尺或更多)的缺陷。在表面非常大的情況下，RFPM設備可被安裝在相關技術領域中已知的各種類型的平移台(例如，x-y平台或R-θ 平台)上。在其他實施例中，可將樣品本身相對於RFPM設備而進行平移。在又其他實施例中，樣品與RFPM設備兩者皆可相對於彼此而進行平移。接著，可對所得的獲取圖像之各者進行處理，並透過例如軟體將其縫合在一起，以形成單一圖像。所偵測的缺陷之尺寸範圍可為約50 nm至約50 mm的受偵測缺陷之特徵尺寸。可偵測每單位面積之受偵測缺陷的總數(例如，超過預定尺寸如約5 µm或約10 µm)。此外，各種實施例可用以判定全部或部分的表面之整體粗糙程度(例如，RMS-粗糙度值(RRMS ))。
在其他實施例中，未明確圖示出但對於熟習本技藝者而言係可理解的，基於閱讀和理解所揭示之標的，所揭示之標的之各種實施例亦可於半導體製造的各個製程階段中使用。例如，所揭示之標的可於沉積製程腔室內或附近原位地使用，以在一或更多薄膜沉積於基板(例如矽晶圓)上時監視缺陷、薄膜厚度、及薄膜粗糙程度。接著，可將來自此等原位製程監視的結果實質即時地報告給終端使用者，或者將其採集並報告為一系列時間性圖像。
使用本文所揭示之各種實施例之其中一或多者，使用RFPM之各種實施例的一個實施例包含例如： (1) RFPM的操作員將待檢測之部件手動地加載至固定部件方向的夾具上； (2) 操作員選擇並起動程式以運行和控制上述RFPM之至少某些態樣，可利用人機界面或其他圖形化使用者界面運行該程式； (3) RFPM自動地擷取遍及整個部件表面或遍及預定部分(例如，在指定位置採樣的給定百分比之部件)的部件圖像(例如，可實質上同時偵測到1 µm及較大的500 µm之缺陷)； (4) 一旦收集到所要求的資料，即利用相關技術領域中已知的計算方法來處理圖像，且利用例如機器學習來分析和量化缺陷；以及 (5) 基於一組預定輸入(例如，缺陷數量等於或大於每單位面積的預定大小、所掃描之一部分或全部的部件上的粗糙程度、及本文所述之其他輸入及參數)，程式電腦根據程式及所分析的缺陷而判定部件有通過或未通過檢測。
如上述之此等方法可於各種類型的裝置上運行，如以下更詳細地描述。該等裝置包括例如電腦或微處理器、專用處理器，如現場可程式邏輯閘陣列(FPGA)或特殊應用積體電路(ASIC)，其係利用所揭示之上述標的之其中一或更多態樣以軟體、韌體、或硬體實施方式加以程式化。
在整個本說明書中，多個實例可實施被描述為單一實例的元件、操作、或結構。雖然將一或更多方法的個別操作例示和描述為單獨的操作，但可同時執行該等個別操作中之一或多者，且不需按所例示之順序執行該等操作。在例示性配置中表示為單獨元件的結構及功能可作為結合的結構或元件而實施。相似地，表示為單一元件的結構及功能可作為單獨元件而實施。該等及其他變化、修改、添加、及改良落於本文標的之範疇內。
某些實施例在此處係描述為包含邏輯或若干元件、模組、或機構。模組可以構成軟體模組(例如，體現在機器可讀媒體上或傳輸信號中的代碼)或硬體模組。「硬體模組」為能夠執行某些操作的有形單元，並且可依某種物理方式配置或設置。在各種實施例中，可透過軟體將一或更多電腦系統(例如獨立電腦系統、客戶端電腦系統、或伺服器電腦系統)或電腦系統之一或更多硬體模組(例如處理器或處理器群組)配置為操作以執行本文所述之某些操作的硬體模組。
在某些實施例中，可機械式地、電子式地、或以其任何適當組合實施硬體模組。例如，硬體模組可包含專用電路或邏輯，其係永久配置以執行某些操作。例如，硬體模組可為專用處理器，例如現場可程式邏輯閘陣列(FPGA)或ASIC。
硬體模組亦可包括可程式邏輯或電路，其係由軟體暫時配置以執行某些操作。例如，硬體模組可包括通用處理器或其他可程式處理器中包含的軟體。應理解，在成本和時間上的考量可決定機械式地、在專用且永久配置的電路中、或在暫時配置的電路(例如，由軟體配置)中實施硬體模組。
因此，用語「硬體模組」應被理解為包括有形實體，為物理建構、永久配置(例如固線的)、或暫時配置(例如經編程)以某種方式操作或執行本文所述之某些操作的實體。如本文所用，「硬體實施模組」指涉硬體模組。考慮到硬體模組係暫時配置(例如經編程)的實施例，硬體模組之各者不需在任何時刻被配置或實體化。例如，在硬體模組包括由軟體配置為專用處理器的通用處理器之情況下，該通用處理器可在不同時間分別被配置為不同的專用處理器(例如，包含不同的硬體模組)。軟體可相應地配置處理器，以例如在一時間構成特定的硬體模組，並在不同時間構成不同的硬體模組。
硬體模組可提供資訊至其他硬體模組和從其他硬體模組接收資訊。因此，所述之硬體模組可被視為係通訊耦合的。在同時存在多個硬體模組的情況下，可透過在該等硬體模組中的兩者之間或更多者之間的信號傳輸(例如，透過適當的電路和匯流排)而達成通訊。在不同時間配置或實體化多個硬體模組的實施例中，可例如透過在多個硬體模組可存取的記憶體結構中儲存和擷取資訊而達成此等硬體模組之間的通訊。例如，一個硬體模組可執行一操作，並將該操作的輸出儲存在與其通訊耦合的記憶體裝置中。然後，另一硬體模組可在以後存取記憶體裝置以擷取和處理所儲存的輸出。硬體模組亦可啟動與輸入或輸出裝置的通訊，並且可在一資源(例如，資訊的集合)上進行操作。
本文所述之例示方法的各種操作可至少部分地由一或更多暫時配置(例如，透過軟體)或永久配置以執行相關操作的處理器加以執行。無論是暫時配置或永久配置，此等處理器都可構成處理器實施的模組，其運行以執行本文所述之一或更多操作或功能。如本文所用，「處理器實施的模組」指涉使用一或更多處理器實施的硬體模組。
相似地，本文所述之方法可至少部分地由處理器實施，處理器為硬體的範例。例如，方法的至少一些操作可由一或更多處理器或處理器實施的模組執行。再者，一或更多處理器亦可在「雲端運算」環境中或作為「軟體即服務」(SaaS)運行以支持相關操作的性能。例如，至少一些操作可由電腦群組(作為包含處理器之機器的實例)執行，其中該等操作可經由網絡(例如網際網路)和一或更多適當介面(例如，應用程式介面(API))而存取。
某些操作的性能可分佈在一或更多處理器之間，不只駐留在單一機器內，而且係跨多個機器配置。在某些實施例中，可將一或更多處理器或處理器實施的模組可定位在單一地理位置(例如，在家庭環境，辦公室環境、或伺服器場內)。在其他實施例中，可使一或更多處理器或處理器實施的模組跨多個地理位置分佈。
如本文所用，「或」一詞能以包含或排他之意義來解釋。再者，熟習本技藝者於閱讀和理解所提供之揭示內容時將理解其他實施例。再者，於閱讀和理解本文所提供的揭示內容時，熟習本技藝者將輕易理解，本文所提供的化學品、技術、及範例之諸多組合都能以諸多組合應用。
儘管分開地討論諸多實施例，但該等分開的實施例不意圖視為獨立之技術或設計。如上文中所指示，諸多部分的每一者可為相互關聯的，且每一部分可分開地使用或與本文所討論之反射型傅立葉疊層成像系統之其他實施例結合使用，例如，雖然已描述方法、操作、及處理之各種實施例，但可將該等方法、操作、及處理分開使用或以各種組合方式使用。
因此，對熟習本技藝者而言，在閱讀和理解本文所提供之揭示內容時將顯而易見的是，可做出許多修改和變動。除了本文所列舉之那些以外，於本揭示內容的範圍內之功能等效的方法和裝置對於熟習本技藝者而言由先前敘述將為顯而易見的。一些實施例之諸多部分和特徵可包括在其他實施例的部分和特徵中、或由其所替代。此等修改和變動意欲落入所附申請專利之範圍內。因此，本揭示內容僅藉由所附申請專利範圍的諸項、以及此等申請專利範圍所賦予之同等項的全部範圍來限制。亦應理解，本文所使用之術語僅出於敘述特定實施例之目的，而並非意圖進行限制。
提供本揭示內容之摘要以使讀者能夠快速確定所述技術揭示內容的本質。摘要之提交應理解為將不會用於解釋或限制所述之申請專利範圍。另外，在以上的實施方式內容中，可看出，出於簡化本揭示內容之目的，可在單一實施例中將諸多特徵組合在一起。本揭示內容之方法不應解釋為限制所述申請專利範圍。因此，在此將以下申請專利範圍併入實施方式內容中，使每一申請專利範圍獨立地作為單獨的實施例。以下帶有編號的範例為所揭示之標的之具體實施例
範例1：所揭示之標的之實施例描述一種反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，用以偵測部件之表面上的缺陷。該方法包含：將該部件裝載於該RFPM之固持夾具上；從多組分光源產生至少一個照明型樣，該多組分光源係配置以將輻射引導至該表面上，該多組分光源具有複數個別光源，該複數個別光源之各者係配置以個別地啟動，該至少一個照明型樣係選自包括時間性型樣及空間性型樣的複數型樣；在感測器元件中收集從該表面重定向的輻射；藉由微分相位差(DPC)技術從該感測器元件所收集之輻射中獲得相位導數量測結果；決定一角度，其從垂直於該表面之線量起的成像軸至垂直於該表面之線與該感測器元件之間的角度；以及判定該表面上之一或更多缺陷的至少一高度特徵。
範例2：如範例1之方法，更包含在該表面的一區域上對至少一個所產生的光型樣進行光柵掃描。
範例3：如範例1或範例2之方法，更包含藉由在該至少一個所產生的光型樣下移動該部件而在該表面的一區域上進行光柵掃描。
範例4：如前述範例之任一者之方法，更包含藉由以下步驟而在該表面的一區域上進行光柵掃描：在該表面的該區域上掃描該至少一個所產生的光型樣；以及在該至少一個所產生的光型樣下移動該部件。
範例5：如前述範例之任一者之方法，其中該區域係選擇為該表面上的至少約0.25平方公尺。
範例6：如前述範例之任一者之方法，更包含為該複數個別光源中之選定者決定至少一個波長。
範例7：如前述範例之任一者之方法，其中該至少一個照明型樣係選擇為以多個入射角照射該表面。
範例8：如前述範例之任一者之方法，其中該時間性型樣及該空間性型樣係經預定的。
範例9：如前述範例之任一者之方法，其中選擇該時間性型樣之步驟包含：選擇該複數個別光源中之欲啟動的特定者；以及決定所選擇的複數個別光源中之特定者在時間上相對於所選擇的該複數個別光源中之其餘者而啟動。
範例10：如前述範例之任一者之方法，其中選擇該空間性型樣之步驟包含：選擇在實質均勻的時段期間該複數個別光源中之欲啟動的特定者。
範例11：如前述範例之任一者之方法，更包含決定至少一個所產生的光型樣之中點從垂直於該表面之線偏離的角度，其係偏離垂直於該表面之線一預定度數。
範例12：如前述範例之任一者之方法，更包含以計算方式結合從該表面重定向的經收集之輻射之其中至少一者，俾與給定的數值孔徑及該複數個別光源之光波長的雷利解析度極限(Rayleigh limit-of-resolution)相比而提高受偵測缺陷的解析度。
範例13：如前述範例之任一者之方法，更包含選擇集光元件以根據預定的數值孔徑將經收集之輻射聚焦至該感測器元件上。
範例14：如前述範例之任一者之方法，其中該多組分光源包含一LED陣列。
範例15：如前述範例之任一者之方法，其中產生該至少一個照明型樣之步驟包含選擇該複數個別光源中的複數者以包含LED陣列中的一組LED。
範例16：如前述範例之任一者之方法，其中該多個個別光源之各者包含一LED。
範例17：所揭示之標的之實施例描述一種反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法。該方法包含：將待檢測的一非生物部件裝載於一夾具上；以及選擇一程式以運行和控制該RFPM之一或更多態樣，該等態樣可選自包括以下者之態樣：多組分光源的空間性型樣、該多組分光源的時間性型樣、待偵測之缺陷尺寸的範圍、待檢測之部件的區域、一或更多受偵測缺陷的至少一個高度特徵、以及欲紀錄之該非生物部件的多個圖像。
範例18：如範例17之方法，更包含基於所記錄的該等圖像而判定該部件的該區域之至少一部分的粗糙程度。
範例19：如範例17或範例18之方法，更包含選擇待偵測之缺陷的尺寸範圍。
範例20：如範例17至範例19之任一者之方法，更包含選擇該多組分光源將輻射引導至該部件的角度範圍。
範例21：如範例17至範例20之任一者之方法，其中該非生物部件包含選自包括以下者之材料的其中至少一種材料：金屬表面、陶瓷表面、經陶瓷塗佈的表面、元素半導體基板表面、化合物半導體基板表面、玻璃表面、陽極氧化表面、塑料、及氧化表面。
範例22：如範例17至範例21之任一者之方法，其中待偵測之缺陷的尺寸範圍包含在約50 nm至約50 mm之範圍內的受偵測缺陷之特徵尺寸。
範例23：所揭示之標的之實施例描述一種反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，用以偵測部件之表面上的缺陷。該方法包含：從多組分光源產生至少一個照明型樣，該多組分光源係配置以將輻射引導至該表面上，該多組分光源具有複數個別光源，該複數個別光源之各者係配置以個別地啟動，該至少一個照明型樣係選自時間性型樣及空間性型樣；利用明場成像及暗場成像以對該表面之圖像的傅立葉空間進行取樣；在一感測器中收集從該表面重定向的輻射；藉由微分相位差(DPC)技術從該感測器所收集之經重定向的輻射中獲得靠近缺陷之區域中的相位導數量測結果；決定一角度，其從垂直於該表面之線量起的成像軸至垂直於該表面之線與該感測器之間的角度；以及判定該表面上之一或更多缺陷的至少一高度特徵。
範例24：如範例23之方法，其中受偵測之缺陷的特徵尺寸為在多達數平方公尺之面積上之大約5 µm以上的尺寸。
範例25：如範例23或範例24之方法，其中該部件為一非生物部件。
範例26：如範例25之方法，其中該非生物部件包含選自包括以下者之材料的其中至少一種材料：金屬表面、陶瓷表面、經陶瓷塗佈的表面、元素半導體基板表面、化合物半導體基板表面、玻璃表面、陽極氧化表面、塑料、及氧化表面。
範例27：如範例23至範例26之任一者之方法，其中該空間性型樣係選擇為在一選定的空間性型樣之時段期間實質上同時以多個入射角照射表面。
範例28：如範例23至範例27之任一者之方法，其中選擇該時間性型樣之步驟包含：選擇該複數個別光源中之欲啟動的特定者；以及決定所選擇的該複數個別光源中之特定者在時間上相對於所選擇的該複數個別光源中之其餘者而啟動。
範例29：如範例23至範例28之任一者之方法，其中選擇該空間性型樣之步驟包含：選擇在實質均勻的時段期間該複數個別光源中之欲啟動的特定者。
100:透射型傅立葉疊層成像顯微鏡(TFPM)設備 101:照明 103:樣品 105:光 107:第一光學透鏡 109:傅立葉平面 110:LED陣列 111:第二光學透鏡 113:透射光 115:成像裝置 117:計算裝置 120:明場顯微鏡 200:反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)設備 201:光束展開度 203:樣品表面 205:光錐 207:成像透鏡 209:感測器元件 210:光源陣列 210A:個別光源 210B:個別光源 210N:個別光源 211:角度 213:角度 230:集光元件 300:RFPM設備 301L:角度 301R:角度 310L:左側光源陣列 310R:右側光源陣列 320:配置 330:光源陣列 330A:個別光源 330B:個別光源 330N:個別光源 331:角度 341:角度
圖1顯示具有可程式LED陣列之形式的多工照明之先前技術的透射型傅立葉疊層成像顯微鏡設備的簡圖；
圖2顯示根據所揭示之標的之各種實施例的反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)設備之圖式的例示實施例；
圖3A顯示根據所揭示之標的之各種實施例的RFPM設備的圖式之另一例示實施例；以及
圖3B及3C顯示可與圖3A之RFPM設備一起使用的光源之配置的例示實施例。
200:反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)設備
201:光束展開度
203:樣品表面
205:光錐
207:成像透鏡
209:感測器元件
210:光源陣列
210A:個別光源
210B:個別光源
210N:個別光源
211:角度
213:角度
230:集光元件

Claims (29)

  1. 一種反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，用以偵測部件之表面上的缺陷，該方法包含： 將該部件裝載於該RFPM之固持夾具上； 從多組分光源產生至少一個照明型樣，該多組分光源係配置以將輻射引導至該表面上，該多組分光源具有複數個別光源，該複數個別光源之各者係配置以個別地啟動，該至少一個照明型樣係選自包括時間性型樣及空間性型樣的複數型樣； 在感測器元件中收集從該表面重定向的輻射； 藉由微分相位差(DPC)技術從該感測器元件所收集之輻射中獲得相位導數量測結果； 決定一角度，其從垂直於該表面之線量起的成像軸至垂直於該表面之線與該感測器元件之間的角度；以及 判定該表面上之一或更多缺陷的至少一高度特徵。
  2. 如請求項1之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，更包含：在該表面的一區域上對至少一個所產生的光型樣進行光柵掃描。
  3. 如請求項1之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，更包含：藉由在至少一個所產生的光型樣下移動該部件而在該表面的一區域上進行光柵掃描。
  4. 如請求項1之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，更包含藉由以下步驟而在該表面的一區域上進行光柵掃描： 在該表面的該區域上掃描至少一個所產生的光型樣；以及 在該至少一個所產生的光型樣下移動該部件。
  5. 如請求項1之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，其中待檢測之該表面之一區域上的面積係選擇為該表面上的至少約0.25平方公尺。
  6. 如請求項1之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，更包含：為該複數個別光源中之選定者決定至少一個波長。
  7. 如請求項1之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，其中該至少一個照明型樣係選擇為以多個入射角照射該表面。
  8. 如請求項1之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，其中該時間性型樣及該空間性型樣係經預定的。
  9. 如請求項1之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，其中選擇該時間性型樣之步驟包含： 選擇該複數個別光源中之欲啟動的特定者；以及 決定所選擇的複數個別光源中之特定者在時間上相對於所選擇的複數個別光源中之其餘者而啟動。
  10. 如請求項1之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，其中選擇該空間性型樣之步驟包含： 選擇在實質一致的時段期間該複數個別光源中之欲啟動的特定者。
  11. 如請求項1之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，更包含：決定至少一個所產生的光型樣之中點從垂直於該表面之線偏離的角度，其係偏離垂直於該表面之線一預定度數。
  12. 如請求項1之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，更包含：以計算方式結合從該表面重定向的經收集之輻射之其中至少一者，俾與給定的數值孔徑及該複數個別光源之光波長的雷利解析度極限(Rayleigh limit-of-resolution)相比而提高受偵測缺陷的解析度。
  13. 如請求項1之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，更包含：選擇集光元件以根據預定的數值孔徑將經收集之輻射聚焦至該感測器元件上。
  14. 如請求項1之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，其中該多組分光源包含一LED陣列。
  15. 如請求項14之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，其中產生該至少一個照明型樣之步驟包含選擇該複數個別光源中的複數者以包含該LED陣列中的一組LED。
  16. 如請求項1之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，其中該複數個別光源之各者包含一LED。
  17. 一種反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，該方法包含： 將待檢測的一非生物部件裝載於一夾具上；以及 選擇一程式以運行和控制該RFPM之一或更多態樣，該等態樣可選自包括以下者之態樣：多組分光源的空間性型樣、該多組分光源的時間性型樣、待偵測之缺陷尺寸的範圍、待檢測之部件的區域、一或更多受偵測缺陷的至少一個高度特徵、以及欲紀錄之該非生物部件的多個圖像。
  18. 如請求項17之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，更包含：基於所記錄的該等圖像而判定該部件的該區域之至少一部分的粗糙程度。
  19. 如請求項17之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，更包含：選擇待偵測之缺陷的尺寸範圍。
  20. 如請求項17之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，更包含：選擇該多組分光源將輻射引導至該部件的角度範圍。
  21. 如請求項17之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，其中該非生物部件包含選自包括以下者之材料的其中至少一種材料：金屬表面、陶瓷表面、經陶瓷塗佈的表面、元素半導體基板表面、化合物半導體基板表面、玻璃表面、陽極氧化表面、塑料、及氧化表面。
  22. 如請求項17之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，其中待偵測之缺陷的尺寸範圍包含在約50 nm至約50 mm之範圍內的受偵測缺陷之特徵尺寸。
  23. 一種反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，用以偵測部件之表面上的缺陷，該方法包含： 從多組分光源產生至少一個照明型樣，該多組分光源係配置以將輻射引導至該表面上，該多組分光源具有複數個別光源，該複數個別光源之各者係配置以個別地啟動，該至少一個照明型樣係選自時間性型樣及空間性型樣； 利用明場成像及暗場成像兩者以對該表面之圖像的傅立葉空間進行取樣； 在一感測器中收集從該表面重定向的輻射； 藉由微分相位差(DPC)技術從該感測器所收集之經重定向的輻射中獲得靠近缺陷之區域中的相位導數量測結果； 決定一角度，其從垂直於該表面之線量起的成像軸至垂直於該表面之線與該感測器之間的角度；以及 判定該表面上之一或更多缺陷的至少一高度特徵。
  24. 如請求項23之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，其中受偵測缺陷的特徵尺寸為在多達數平方公尺之面積上之大約5 µm以上的尺寸。
  25. 如請求項23之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，其中該部件為一非生物部件。
  26. 如請求項25之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，其中該非生物部件包含選自包括以下者之材料的其中至少一種材料：金屬表面、陶瓷表面、經陶瓷塗佈的表面、元素半導體基板表面、化合物半導體基板表面、玻璃表面、陽極氧化表面、塑料、及氧化表面。
  27. 如請求項23之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，其中該空間性型樣係選擇為在一選定的空間性型樣之時段期間實質上同時以多個入射角照射該表面。
  28. 如請求項23之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，其中選擇該時間性型樣之步驟包含： 選擇該複數個別光源中之欲啟動的特定者；以及 決定所選擇的複數個別光源中之特定者在時間上相對於所選擇的複數個別光源中之其餘者而啟動。
  29. 如請求項23之反射型傅立葉疊層成像顯微鏡(RFPM)之操作方法，其中選擇該空間性型樣之步驟包含：選擇在實質一致的時段期間該複數個別光源中之欲啟動的特定者。
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