TWI829504B - 粒子偵測系統及設備 - Google Patents

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TWI829504B
TWI829504B TW112101318A TW112101318A TWI829504B TW I829504 B TWI829504 B TW I829504B TW 112101318 A TW112101318 A TW 112101318A TW 112101318 A TW112101318 A TW 112101318A TW I829504 B TWI829504 B TW I829504B
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劉學峰
振坤 廖
丹尼爾 卡瓦德傑夫
約翰 費爾登
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美商科磊股份有限公司
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Abstract

一暗場檢驗系統可包含：一照射源，其用以產生一照射束；照射光學器件，其經組態而以一離軸角度沿著一照射方向將照射束引導至一樣本；聚光光學器件，其用以在一暗場模式中回應於照射束而聚集來自樣本之散射光；一極化轉子，其位於一或多個聚光光學器件之一光瞳面處，其中極化轉子提供被選擇成將自樣本之一表面散射之光旋轉至一選定極化角度之一空間變化極化旋轉角度；一極化器，其經對準以拒斥沿著選定極化角度發生極化之光以拒斥自樣本之一表面散射之光；及一偵測器，其用以基於來自樣本的由極化器傳遞之散射光產生樣本之一暗場影像。

Description

粒子偵測系統及設備
本發明大體而言係關於粒子檢驗，且更確切而言係關於使用基於散射光或繞射光之暗場成像進行粒子檢驗。
粒子偵測系統通常用於半導體處理線中來識別晶圓(諸如但不限於非圖案化晶圓)上之缺陷或微粒。隨著半導體裝置不斷縮小，需要對應地增大粒子偵測系統之靈敏度及解析度。可限制量測靈敏度之一顯著雜訊源係一晶圓上之表面散射(例如，表面光霧)，甚至光學拋光表面仍可能會存在該表面散射。雖然已提出各種方法來相對於粒子散射抑制表面散射，但此等方法可無法達成所期望靈敏度位準及/或可以降低影像品質為代價達成靈敏度。因此需要開發減少上文所述缺點之系統及方法。
根據本發明之一或多項說明性實施例揭示一種系統。在一項說明性實施例中，該系統包含用以產生一照射束之一照射源。在另一說明性實施例中，該系統包含用以沿著一照射方向以一離軸角度將該照射束引導至一樣本之一或多個照射光學器件。在另一說明性實施例中，該系統包含用以在一暗場模式中回應於該照射束而聚集來自該樣本之散射光之一 或多個聚光光學器件。在另一說明性實施例中，該系統包含位於該一或多個聚光光學器件之一光瞳面處之一極化轉子，其中該極化轉子提供被選擇成將自該樣本之一表面散射之光旋轉至一選定極化角度的一空間變化極化旋轉角度。在另一說明性實施例中，該系統包含經對準以拒斥沿著該選定極化角度發生極化之光以拒斥自該樣本之該表面散射之該光的一極化器。在另一說明性實施例中，該系統包含經組態以基於來自該樣本的由該極化器傳遞之散射光產生該樣本之一暗場影像的一偵測器，其中來自該樣本的由該極化器傳遞之該散射光包含由該樣本之該表面上之一或多個粒子散射之光之至少一部分。
根據本發明之一或多個說明性實施例揭示一種設備。在一項說明性實施例中，該設備包含位於一暗場成像系統之一光瞳面處之一極化轉子，其中該暗場成像系統包含用以回應於離軸照射而聚集來自一樣本之散射光之一或多個聚光光學器件。在另一說明性實施例中，該極化轉子提供被選擇成將自該樣本之一表面散射之光旋轉至一選定極化角度的一空間變化極化旋轉角度。在另一說明性實施例中，該極化轉子經組態以與一極化器耦合，該極化器經對準以拒斥沿著該選定極化角度發生極化之光以拒斥自該樣本之一表面散射之該光。
根據本發明之一或多個說明性實施例揭示一種方法。在一項說明性實施例中，該方法包含回應於具有一已知極化呈一已知入射角度之一照射束而接收自一樣本之一表面散射之光之一電場分佈。在另一說明性實施例中，該方法包含設計適合於放置於一成像系統之一光瞳面處之一極化轉子以提供一空間變化極化旋轉角度，該空間變化極化旋轉角度被選擇成將具有該電場分佈之光之一極化旋轉至一選定極化角度。在另一說明 性實施例中，該方法包含利用具有位於該光瞳面中之該極化轉子及經對準以拒斥沿著該選定極化角度發生極化之光之一線性極化器的該成像系統來產生一樣本之一暗場影像，其中該暗場影像係基於由該極化器傳遞之光。
根據本發明之一或多個說明性實施例揭示一種系統。在一項說明性實施例中，該系統包含產生一照射束之一照射源。在另一說明性實施例中，該系統包含以一離軸角度沿著一照射方向將該照射束引導至一樣本之一或多個照射光學器件。在另一說明性實施例中，該系統包含一偵測器。在另一說明性實施例中，該系統包含回應於該照射束基於自該樣本聚集之光而在該偵測器上產生該樣本之一暗場影像的一或多個聚光光學器件。在一項說明性實施例中，該系統包含一分段式極化器，該分段式極化器包含分佈於該一或多個聚光光學器件之一光瞳面中之複數個區段，其中每一區段之一拒斥軸線經定向以在該區段內拒斥自該樣本之一表面散射之光。
應理解，前述大體說明及以下詳細說明兩者均僅具例示性及解釋性，並不一定限制所主張之本發明。併入本說明書中並構成本說明書之一部分之附圖圖解說明本發明之實施例且與該大體說明一起用於闡釋本發明之原理。
100:粒子偵測系統
102:照射源
104:照射束/可調諧照射束/p極化照射束
106:照射途徑
108:樣本
110:聚光途徑
112:樣本光/所聚集樣本光/粒子散射樣本光
114:物鏡
116:透鏡
118:照射束調節組件
120:偵測器
122:線性極化器/極化線性極化器
124:波束調節元件
126:光瞳面
128:透鏡
130:透鏡
132:控制器
134:處理器
136:記憶體媒體
202:光瞳面散射圖/散射圖
204:光瞳面散射圖/散射圖
206:聚光區域
208:鏡面反射角度
210:照射方向
302:分段式光霧拒斥極化器/光霧拒斥極化器/有角度光霧拒斥極化器/線性光霧拒斥極化器/有角度分段式光霧拒斥極化器
304:極化橢圓
306:區段/楔形區段
308:選定傳遞極化方向/傳遞極化方向
310:頂點位置
312:分段方向
402:相位遮罩
404:區段
406:區段
502:極化轉子/有角度分段式極化轉子/線性分段式極化轉子/光學活性極化轉子
504:區段/楔形區段
506:光軸
508:頂點位置
602:曲線圖
604:曲線圖
702:分段方向
704:曲線圖
706:曲線圖
802:曲線圖
804:曲線圖
902:影像
904:中心點
906:影像
908:影像
1002:曲線圖
1102:曲線圖
1104:曲線圖
1202:選定極化角度
1204:極化橢圓
1302:曲線圖
1304:剖面圖
1306:中心點
1308:補償器
1402:曲線圖
1404:剖面圖
1500:方法
1502:步驟
1504:步驟
1506:步驟
1508:步驟
熟習此項技術者可藉由參考附圖更好地理解本發明之眾多優點，在附圖中：圖1係根據本發明之一或多項實施例之一粒子偵測系統之一概念圖；圖2A係根據本發明之一或多項實施例的回應於傾斜入射p極化光之表面散射之一光瞳面散射圖； 圖2B係根據本發明之一或多項實施例一亞解析度粒子回應於傾斜入射p極化光而散射之光之一光瞳面散射圖；圖3A係根據本發明之一或多項實施例具有圍繞一頂點位置徑向分佈之楔形區段之一分段式極化器之一概念性俯視圖；圖3B係根據本發明之一或多項實施例之一分段式極化器之一概念性俯視圖，在該分段式極化器中區段在光瞳面中沿著一選定分段方向線性分佈；圖4係根據本發明之一或多項實施例的包含兩個區段之一相位遮罩之一概念性俯視圖，該兩個區段將光瞳劃分成兩個區段；圖5係根據本發明之一或多項實施例的形成為一有角度分段式半波板之一極化轉子之一概念性俯視圖；圖6A及圖6B係根據本發明之一或多項實施例所聚集樣本光在傳播穿過一有角度分段式極化轉子及一極化分束器之後發生正交極化部分之曲線圖；圖7A係根據本發明之一或多項實施例形成為一線性分段式半波板之一極化轉子之一概念性俯視圖；圖7B係根據本發明之一或多項實施例圖7A中所展示之一線性分段式極化轉子之光軸之定向方向隨著在光瞳面沿著分段方向之位置而變化的一所計算曲線圖；圖7C係根據本發明之一或多項實施例使表面光霧之極化旋轉至一選定極化角度之一線性分段式極化轉子之光軸之定向方向之一曲線圖；圖8A及圖8B係根據本發明之一或多項實施例所聚集樣本光在傳播穿過一有角度分段式極化轉子及一極化分束器之後發生正交極化部分之曲線 圖；圖9A係根據本發明之一或多項實施例基於傾斜入射p極化光之散射產生的小於一成像系統之一解析度的一粒子之一影像；圖9B包含根據本發明之一或多項實施例使用具有圖5中所圖解說明之一有角度分段式極化轉子且具有一極化分束器之一成像系統的圖8A中粒子之一影像；圖9C包含根據本發明之一或多項實施例使用一成像系統的圖9A中粒子之一影像，該成像系統具有圖7A中所圖解說明的具有72個區段之一線性分段式極化轉子且具有一線性極化器；圖10係圖解說明根據本發明之一或多項實施例之一有角度分段式極化轉子及一線性分段式極化轉子之效能及收斂行為之一曲線圖；圖11A係根據本發明之一或多項實施例的SNR隨著使用一波長為266nm之一照射束的一分段式極化器及一分段式極化轉子之像素大小而變化之一曲線圖；圖11B係根據本發明之一或多項實施例的SNR隨著使用一波長為213nm之一照射束的一分段式極化器及一分段式極化轉子之像素大小而變化之一曲線圖；圖12係根據本發明之一或多項實施例由一光學活性材料形成之一極化轉子之一概念性俯視圖；圖13A係根據本發明之一或多項實施例由一光學活性材料形成之一極化轉子沿著圖12之垂直方向之一厚度輪廓之一曲線圖，該極化轉子經設計以使波長分別為266nm及213nm之表面光霧之極化旋轉至圖12中之水平方向； 圖13B係根據本發明之一或多項實施例具有基於圖13A之一厚度輪廓之一極化轉子之一剖面圖；圖14A係根據本發明之一或多項實施例由一光學活性材料形成之一極化轉子沿著圖12之垂直方向之一厚度輪廓之一曲線圖，該極化轉子經設計以使波長分別為266nm及213nm之表面光霧之極化旋轉至圖12中之水平方向；圖14B係根據本發明之一或多項實施例的具有基於圖14A之一厚度輪廓之一極化轉子之一剖面圖；且圖15係圖解說明在根據本發明之一或多項實施例之一粒子偵測方法中執行之步驟之一流程圖。
相關申請案之交叉參照
本申請案基於35 U.S.C.§ 119(e)主張2019年2月17日提出申請的標題為「METHOD AND SYSTEM OF SENSITIVITY ENHANCEMENT FOR PARTICLE DETECTION IN WAFER INSPECTION SYSTEM」發明人為Xuefeng Liu及Jenn-Kuen Leong的美國臨時申請案第62/806,820號之權益，該申請案之全文併入本案供參考。
現在將詳細參考附圖中所圖解說明之所揭示標的物。已關於本發明之特定實施例及具體特徵特別地展示且闡述本發明。應將本文中所述之實施例視為說明性而非限制性的。本文中所使用之方向性術語(諸如「左」、「右」、「頂部」、「底部」、「上方」、「下方」、「上部」、「向上」、「下部」、「朝下」、「向下」)旨在出於闡述目的提供相對位置，並非旨在指定一絕對參考系。熟習此項技術者應容易明瞭，可在形式及細節上做出 各種改變及修改，而這並不背離本發明之精神及範疇。
本發明之實施例係關於基於暗場成像進行粒子偵測之系統及方法，在暗場成像中將表面散射(例如，表面光霧)與由一表面上之粒子散射之光(例如，粒子散射)分離。本發明之額外實施例係關於基於表面散射及粒子散射同時產生一樣本之單獨影像。
2018年1月1日發佈之美國專利第9,874,526號、2016年3月22日發佈之美國專利第9,291,575號、2014年11月18日發佈之美國專利第8,891,079號及2018年2月13日發佈之美國專利第9,891,177號中大體闡述了晶圓檢驗，上述全部專利之全文併入本案。此外，就本發明之目的而言，一粒子可包含一所關注樣本上之任何表面缺陷，包含但不限於一外來微粒、一刮痕、一凹坑、一孔、一凸起等。
本文中認識到，自一粒子散射之光及自一表面散射之光可隨著散射角度而展現出不同的電場分佈(例如，極化及電場強度)。此外，傾斜入射p極化光在電場分佈(例如，散射圖)上之差異可特別明顯。舉例而言，來自傾斜入射p極化光之表面光霧可相對於一鏡面反射角度大約徑向極化，而來自一粒子之散射可相對於一表面法線大約徑向極化。
在某些實施例中，一暗場成像系統包含：一極化轉子，其位於一光瞳面中以將表面光霧之極化選擇性地旋轉成一選定極化角度；及一線性極化器，其用以將沿著選定極化角度發生極化之表面光霧與其餘信號(例如，粒子散射)分離至不同成像通道中。舉例而言，極化轉子可基於表面光霧之一已知或預期極化分佈跨越光瞳面提供不同極化旋轉角度，其中極化旋轉角度跨越光瞳之一空間分佈經選擇以將跨越光瞳分佈之表面光霧旋轉成一共同選定極化角度。就此而言，對準至此選定極化角度之一線 性極化器(例如，一極化分束器)可有效地將表面光霧與粒子散射分離。
本發明之額外實施例係關於提供一在空間上不同之極化旋轉量的適合用於一成像系統之一光瞳面中之一極化轉子。本文中涵蓋一極化轉子之多種組態。在某些實施例中，一極化轉子包含一分段式半波板，該分段式半波板包含具有不同光軸定向之多個半波板。舉例而言，極化轉子可包含圍繞一頂點位置(諸如但不限於與一照射束之鏡面反射對應之光瞳面中之一點)徑向分佈之多個半波板。就此而言，每一半波板可覆蓋整個鏡面反射角度中之一徑向角度範圍(例如，以模擬表面光霧之大致徑向極化分佈)。舉另一實例，極化轉子可包含在光瞳面中沿著一單個方向線性分佈之一系列半波板。在某些實施例中，一極化轉子包含具有一空間變化厚度之一光學活性材料。就此而言，在光瞳面中一給定點處之厚度可判定極化旋轉角度。
本發明之額外實施例係關於設計適合於將表面光霧旋轉至一選定極化角度以藉由一極化分束器進行濾光之極化旋轉角度之一空間分佈之一方法。舉例而言，一極化轉子可經設計以將與任何雜訊源相關聯之光選擇性地旋轉至一共同選定極化角度以使用一極化分束器濾除。因此，雖然本發明主要關注基於傾斜入射p極化光之表面光霧，但本文中之實例係僅出於說明目的而提供並不應解釋為一限制。更確切而言，本文中涵蓋本文中所闡述之系統及方法可適用於具有任何波長、極化或入射角之光。
本發明之額外實施例係關於適合於用於一成像系統之一光瞳面中以基於表面光霧在光瞳面中之一已知極化角度分佈對表面光霧進行選擇性地濾除(例如，透過分段式極化器進行吸收)的一分段式極化器。舉例而言，一分段式極化器可包含跨越光瞳面分佈之多個極化器，其中每一 極化器經定向以沿著一選定方向阻擋光。本文中涵蓋一分段式極化器之多種組態。在某些實施例中，一分段式極化器包含圍繞一頂點位置(諸如但不限於與一照射束之鏡面反射對應之光瞳面中之一點)徑向分佈之多個極化器。在某些實施例中，一分段式極化器包含在光瞳面中線性分佈之多個極化器。
現在參考圖1至圖13B，將更詳細地闡述用於進行敏感性粒子偵測之系統及方法。
圖1係根據本發明之一或多項實施例之一粒子偵測系統100之一概念圖。在一項實施例中，粒子偵測系統100包含：一照射源102，其用以產生一照射束104；一照射途徑106，其包含將照射束104引導至一樣本108之一或多個照射光學器件；及一聚光途徑110，其包含聚集自樣本108發出之光(例如，樣本光112)之一或多個聚光光學器件。舉例而言，聚光途徑110可包含聚集樣本光112之至少一部分之一物鏡114。樣本光112可包含回應於照射束104自樣本108發出之任何類型之光，包含但不限於散射光、反射光、繞射光或發光。
照射束104可包含一或多個選定波長之光，包含但不限於紫外線(UV)輻射、可見光輻射或紅外線(IR)輻射。舉例而言，照射源102可提供但不需要提供波長短於大約350nm之一照射束104。舉另一實例，照射束104可提供大約266nm之波長。舉另一實例，照射束104可提供大約213nm之波長。本文中認識到，成像解析度及小粒子(例如，相對於照射束104之波長)散射之光兩者皆通常與波長成比例，以使得減小照射束104之波長可通常增大成像解析度及來自小粒子之散射信號。因此，照射束104可包含短波長光，包含但不限於極紫外線(EUV)光、深紫外線(DUV) 光或真空紫外線(VUV)光。
照射源102可包含此項技術中已知之任何類型之光源。此外，照射源102可提供具有任何選定空間或時間同調特性之一照射束104。在一項實施例中，照射源102包含一或多個雷射源，諸如但不限於一或多個窄頻帶雷射源、一或多個寬頻雷射源、一或多個超連續雷射源或者一或多個白色光雷射源。在另一實施例中，照射源102包含一雷射驅動式光源(LDLS)，諸如但不限於一雷射維持電漿(LSP)源。舉例而言，照射源102可包含但不限於一LSP燈、一LSP燈泡或適合於容納一或多種元素之一LSP腔室，該一或多種元素在被一雷射源激發成一電漿狀態時可發射寬頻照射。在另一實施例中，照射源102包含一燈源，諸如但不限於一電弧燈、一放電燈或一無電極燈。
在另一實施例中，照射源102提供一可調諧照射束104。舉例而言，照射源102可包含一可調諧照射源(例如，一或多個可調諧雷射等)。舉另一實例，照射源102可包含耦合至固定濾光器或可調諧濾光器之任何組合之一寬頻照射源。
照射源102可進一步提供具有任何時間輪廓之一照射束104。舉例而言，照射束104可具有一連續時間輪廓、一經調變時間輪廓、一脈衝式時間輪廓等。
本文中認識到，表面光霧之強度可取決於多個因素，包含但不限於照射束104之入射角度或極化。舉例而言，表面光霧之強度在射角度近乎法向入時可相對高，且在入射角度較高時可下降。在一項實施例中，照射途徑106可包含一或多個照射光學器件(諸如但不限於透鏡116、鏡子等)從而以一傾斜入射角度將照射束104引導至樣本108以減小表面光 霧之產生。傾斜入射角度可通常包含任何選定入射角度。舉例而言，入射角度可係但不需要相對於一表面法線大於60度。
在另一實施例中，照射途徑106包含適合於修改及/或調節照射束104之一或多個照射束調節組件118。舉例而言，該一或多個照射束調節組件118可包含但不限於一或多個極化器、一或多個波板、一或多個濾光器、一或多個分束器、一或多個擴散器、一或多個均質器、一或多個切趾器或者一或多個波束成形器。在一項實施例中，該一或多個照射束調節組件118包含經定向以將一p極化照射束104提供於樣本108上之一極化器或波板。
在另一實施例中，粒子偵測系統100包含至少一個偵測器120，該至少一個偵測器120經組態以擷取由聚光途徑110聚集之樣本光112之至少一部分。偵測器120可包含此項技術中已知的適合於量測自樣本108接收到之照射之任何類型之光學偵測器。舉例而言，一偵測器120可包含適合於擷取樣本108之一影像之一多像素偵測器，諸如但不限於一電荷耦合裝置(CCD)偵測器、一互補金屬氧化物半導體(CMOS)偵測器、一延時積分(TDI)偵測器、一光電倍增管(PMT)陣列、一雪崩光電二極體(APD)陣列等。在另一實施例中，一偵測器120包含適合於識別樣本光112之波長之一光譜偵測器。
粒子偵測系統100可包含同時對樣本108進行成像之任何數目個偵測器120。此外，聚光途徑110可包含一線性極化器122，線性極化器122經組態以對將基於極化被成像於一偵測器120上之樣本光112進行濾光。在一項實施例中，如圖1中所圖解說明，線性極化器122用作一極化分束器以使得線性極化器122將樣本光112分離成兩個正交極化波束。然 後，粒子偵測系統100可包含一偵測器120，偵測器120利用樣本光112之正交極化部分中之每一者來產生樣本108之一影像。
聚光途徑110可包含引導及/或修改樣本光112之任何數目個波束調節元件124，包含但不限於一或多個透鏡、一或多個濾光器、一或多個孔徑、一或多個極化器或者一或多個相位板。
在一項實施例中，如圖1中所圖解說明，聚光途徑110包含位於一光瞳面126處或位於一光瞳面126附近之一或多個波束調節元件124。舉例而言，如下文將更詳細地論述，聚光途徑110可包含波束調節元件124，諸如但不限於在一光瞳面126處或鄰近一光瞳面126的一連續極化器或一相位遮罩。就此而言，粒子偵測系統100可控制及/或調整用於在偵測器120上產生一影像之樣本光112之選定態樣，該等選定態樣包含但不限於樣本光112的隨著散射角度及/或在樣本上之位置而變化之烈度、相位及極化。
此外，聚光途徑110可具有任何數目個光瞳面126。舉例而言，如圖1中所圖解說明，聚光途徑110可包含：一或多個透鏡128，其用以在偵測器120上產生光瞳面126之一影像；及一或多個透鏡130，其用以在偵測器120上產生樣本108之表面之一影像。然而，本文中認識到，可在一特定光瞳面126處或足夠鄰近一特定光瞳面126放置有限數目個波束調節元件124以提供一所期望效應。因此，出於本發明目的，提及一光瞳面126處之一或多個元件可通常闡述在一光瞳面126處或足夠鄰近一光瞳面126以產生一所期望效應之一或多個元件。在某些實施例中，儘管未展示，但聚光途徑110可包含額外透鏡以產生一或多個額外光瞳面126，以使得可將任何數目個波束調節元件124放置在一光瞳面126處或一光瞳面 126附近。
在另一實施例中，粒子偵測系統100包含一控制器132，控制器132包含經組態以執行維持於一記憶體媒體136(例如，記憶體)上之程式指令之一或多個處理器134。此外，控制器132可通信耦合至粒子偵測系統100之任何組件。就此而言，控制器132之一或多個處理器134可執行本發明通篇所闡述之各種程序步驟中之任一者。舉例而言，控制器132可接收、分析及/或處理來自偵測器120之資料(例如，與樣本108之一影像相關聯)。舉另一實例，控制器132可使用控制信號來控制或引導粒子偵測系統100之任何組件。
控制器132之一或多個處理器134可包含在此項技術中已知之任何處理元件。在此意義上，一或多個處理器134可包含經組態以執行演算法及/或指令之任何微處理器型裝置。在一項實施例中，一或多個處理器134可由經組態以執行一程式之一桌上型電腦、大型電腦系統、工作站、影像電腦、並行處理器或任何其他電腦系統(例如，網路連結電腦)組成，該程式經組態以操作粒子偵測系統100，如本發明通篇中所闡述。應進一步認識到，術語「處理器」可在廣義上被定義為囊括具有一或多個處理元件且執行來自一非暫時性記憶體媒體136之程式指令之任何裝置。此外，可藉由一單個控制器132或另一選擇為多個控制器實施本發明通篇所闡述之步驟。另外，控制器132可包含裝納於一共同殼體中或在多個殼體內之一或多個控制器。如此一來，可將任何控制器或控制器組合單獨封裝為適合於整合成粒子偵測系統100之一模組。
記憶體媒體136可包含此項技術中已知的適用於儲存可由相關聯一或多個處理器134執行之程式指令之任何儲存媒體。舉例而言，記 憶體媒體136可包含一非暫時性記憶體媒體。舉另一實例，記憶體媒體136可包含(但不限於)一唯讀記憶體(ROM)、一隨機存取記憶體(RAM)、一磁性或光學記憶體裝置(例如，磁碟)、一磁帶、一固態磁碟機等等。應進一步注意，記憶體媒體136可與一或多個處理器134裝納於一共同控制器殼體中。在一項實施例中，記憶體媒體136可相對於一或多個處理器134及控制器132之實體位置而定位於遠端。舉例而言，控制器132之一或多個處理器134可存取可經由一網路(例如，網際網路、內部網路等)可存取之一遠端記憶體(例如，伺服器)。因此，以上說明不應解釋為對本發明之限制，而是僅為圖解說明。
本文中涵蓋，粒子偵測系統100可被組態為此項技術中已知的任何類型之基於影像之粒子偵測系統。在一項實施例中，如圖1中所圖解說明，粒子偵測系統100係排除鏡面反射光之一暗場成像系統。就此而言，粒子偵測系統100可主要基於散射光對樣本108進行成像。可進一步使用此項技術中已知的任何技術實施暗場成像。在一項實施例中，可選擇物鏡114之一定向及/或一數值孔徑(NA)，以使得物鏡114不聚集鏡面反射光。舉例而言，如圖1中所圖解說明，物鏡114被定向成大約法向於樣本108且具有不包含照射束104之一鏡面反射部分之一NA。此外，物鏡114可具有但不需要具有大約0.9或大於0.9之一NA。在另一實施例中，粒子偵測系統100可包含阻擋鏡面反射到達偵測器120之一或多個組件。
現在參考圖2A至圖3B，更詳細地闡述表面光霧之光瞳面極化旋轉及後續濾光。
本文中認識到，自一樣本之表面散射之光(例如，表面光霧、表面散射等)可被視為粒子偵測應用中之雜訊。因此，可期望該將樣 本光112中與表面光霧相關聯之部分和樣本光112中與由所關注粒子散射之光相關聯之部分做出濾光區分。
圖2A係根據本發明之一或多項實施例的回應於傾斜入射p極化光之表面散射(例如，表面光霧)之一光瞳面散射圖202。圖2B係根據本發明之一或多項實施例由一小粒子(例如，相對於粒子偵測系統100之一成像解析度或照射束104之一波長而言小)回應於傾斜入射p極化光而散射之光之一光瞳面散射圖204。
確切而言，散射圖202、204包含由陰影指示之電場強度，其中白色為最高強度且黑色為最低強度。此外，散射圖202、204包含隨著光瞳面126中由覆疊橢圓指示之聚光角度(例如，散射角度)而變化的光之極化定向。散射圖202、204由光瞳面126中之一聚光區域206定界，聚光區域206與粒子偵測系統100聚集樣本光112之角度範圍相關聯。舉例而言，聚光區域206可對應於物鏡114之數值孔徑(NA)。
散射圖202、204基於圖1中所圖解說明之粒子偵測系統100之一組態。在圖2A及圖2B中，鏡面反射角度208沿著照射方向210位於聚光區域206外(例如，位於圖2A中之圓形聚光區域206之右側上之聚光區域206外)，此指示物鏡114不擷取鏡面反射光。然而，其他組態在本發明之範疇內。舉例而言，在鏡面反射角度208在光瞳面126內之情形中，可在偵測器120之前阻擋鏡面反射光以產生一暗場影像。
另外，散射圖202、204可表示來自各種各樣材料之散射，該等材料包含但不限於矽、磊晶及多矽晶圓。然而應理解，僅出於說明目的提供散射圖202、204並不應解釋為限制性本發明。
如圖2A及圖2B中所圖解說明，特別是當照射束104發生p極 化時，由一粒子散射之光之電場分佈(例如，電場強度及極化定向)可實質上不同於由一表面散射之光之電場分佈。舉例而言，與表面光霧相關聯之樣本光112通常在聚光區域206中相對於鏡面反射角度208展現出一大約徑向極化分佈，如圖2A中所圖解說明之。相比之下，與粒子散射相關聯之樣本光112通常相對於表面法線展現出一徑向極化分佈，如圖2B中所圖解說明。此外，散射樣本光112之極化係大致橢圓形的。自圖2A及圖2B可看到，在光瞳面126中之大多數位置處，橢圓極為細長，這意味著一個線性極化分量遠強於另一線性極化分量。對於自一小粒子散射之樣本光112而言(例如，圖2B)，在光瞳之中心附近極化可更呈橢圓形，這意味著兩個線性極化分量之量值可大約相當。然而，此光瞳區中之光之烈度相對低且對來自一小粒子之總散射信號影響很小。
在一項實施例中，粒子偵測系統100包含位於光瞳面126處或位於光瞳面126附近之一極化器以優先拒斥表面光霧。通常而言，位於光瞳面126或位於光瞳面126附近之一極化器可經設計以與任何已知、量測、模擬或以其他方式預期極化之光對應地提供空間變化極化濾光。在本發明之內容脈絡中，位於光瞳面126處或位於光瞳面126附近之一極化器可基於光瞳面126中之一已知電場分佈優先對表面光霧進行濾光。因此，在某些實施例中，粒子偵測系統100包含位於光瞳面126處或位於光瞳面126附近之一徑向光霧拒斥極化器，以優先拒斥圖2A中所圖解說明之大約徑向極化表面光霧。
現在參考圖3A及圖3B，根據本發明之一或多項實施例闡述適合於優先將表面光霧自粒子散射濾除之一分段式光霧拒斥極化器302。通常而言，一光霧拒斥極化器302可經設計以提供與任何已知、量測、模 擬或以其他方式預期之光極化對應之空間變化極化濾光。在本發明之內容脈絡中，一光霧拒斥極化器302可基於光瞳面126中之一已知電場分佈(例如，圖2A中所圖解說明之表面光霧之電場分佈)來優先對表面光霧進行濾光。圖3A及圖3B包含極化橢圓304，極化橢圓304表示基於圖2A的光瞳面126中之表面光霧之極化。
一光霧拒斥極化器302可包含跨越光瞳面126分佈之任何數目個區段306，其中每一區段306可包含經定向以傳遞沿著一選定傳遞極化方向308發生極化之光的一線性極化器。就此而言，光霧拒斥極化器302可提供所傳遞極化角度之一空間變化分佈。
在一項實施例中，一光霧拒斥極化器302之每一區段306之傳遞極化方向308經定向以優先拒斥表面光霧。舉例而言，每一區段306之傳遞極化方向308可被定向成與光瞳面126之對應部分內之極化橢圓304正交。
圖3A係根據本發明之一或多項實施例之一光霧拒斥極化器302(例如，一有角度分段式極化器)之一概念性俯視圖，光霧拒斥極化器302具有圍繞一頂點位置310徑向分佈之楔形區段306。在一項實施例中，光霧拒斥極化器302之頂點位置310被定向成與光瞳面126中的與照射束104自樣本108之鏡面反射角度相關聯之一點重合。就此而言，每一區段306可相對於鏡面反射角度208覆蓋光瞳面126中之一徑向角度範圍，以使得每一區段306內之表面光霧可基於圖2A中之散射圖202而係實質上均勻的。此外，每一區段306之傳遞極化方向308中之每一者可經定向以拒斥相對於頂點位置310具有一徑向極化之光以優先拒斥表面光霧。
鏡面反射角度208可位於或聚光區域206內或位於聚光區域 206外，如本文中先前所闡述。此外，頂點位置310不一定位於光霧拒斥極化器302之實體結構內。舉例而言，在鏡面反射角度208位於聚光區域206外之情形中，區段306可被定向成其將會聚於在界定光霧拒斥極化器302之大小之邊界外的一頂點位置310上。
圖3B係根據本發明之一或多項實施例之一光霧拒斥極化器302(例如，一線性分段式極化器)之一概念性俯視圖，在光霧拒斥極化器302中，區段306在光瞳面126中沿著一選定分段方向312線性分佈。舉例而言，將圖3B中之分段方向312選擇成與照射方向210正交，如光瞳面126中所表示。就此而言，可將每一區段306之傳遞極化方向308選擇成實質上減少穿過該區段306之表面散射光透射。
本文中認識到，光霧拒斥極化器302可優先濾除表面光霧之準確性可基於與表面光霧之一預期散射圖相關的區段306之數目及佈局而變化。在本文中亦應認識到，一光霧拒斥極化器302之製造成本亦可與複雜性成比例。因此，可對區段306之數目及佈局做出選擇以權衡包含效能、製造成本等在內的各種要求。
此外，在極化橢圓304在一特定區段306中不均勻定向之情形中，可將一特定區段306中之傳遞極化方向308選擇成根據一最佳化函數拒斥表面光霧。舉例而言，可基於一預期極化分佈(例如，如圖2A中所圖解說明等)將每一區段306之傳遞極化方向308選擇成與每一區段306內之極化橢圓304之長軸之預期方向之一加權平均值正交，其中權重與跨越區段306之預期場強度或烈度成比例。舉另一實例，可將每一區段306之傳遞極化方向308選擇成將與粒子散射相關聯之所傳輸樣本光112與所傳輸表面光霧的比率最大化。
現在參考圖4，在某些實施例中，粒子偵測系統100包含位於光瞳面126處或位於光瞳面126附近用以重塑由亞解析度粒子散射之p極化光之點擴散函數(PSF)的一或多個組件。本文中認識到，小於一系統之一成像解析度之一粒子之影像通常受系統PSF限制，當影像由鏡面反射光形成時，該系統PSF通常係一艾瑞函數。然而，與一粒子相關聯之實際PSF(例如，一粒子PSF)且因此由一系統產生的粒子之一實際影像來自一粒子之光在光瞳面126中之特定電場分佈相關，且可具有與系統PSF不同之一大小或形狀，特別是當影像由散射光形成時。
確切而言，小於在藉由傾斜p極化光照射時之成像解析度的一粒子之一暗場影像(例如，藉由散射或繞射光形成的一粒子之一影像)可係擴展至大於系統PSF之一區域的一環形，這會對粒子偵測靈敏度造成負面影響。此環形形狀以及PSF或一粒子之成像斑點之大小之增大可與在一粒子在偵測器120上之成像斑點之一中心處之聚集光之相消干涉相關聯。
因此，在某些實施例中，粒子偵測系統100包含一或多個組件以修改跨越光瞳面126之樣本光112之相位，以在一粒子在偵測器120上之一成像斑點之中心處促進光之相長干涉，該一或多個組件諸如但不限於一或多個相位板或者一或多個相位補償器。
舉例而言，一相位遮罩可具有適合於重塑被成像粒子之PSF之各種組態。標題為「RADIAL POLARIZER FOR PARTICLE DETECTION」且2019年9月20日提出申請之美國專利申請案第16/577,089號中大體闡述了重塑基於散射光被成像之粒子之PSF之相位遮罩，本申請案之全文併入本案供參考。在某些實施例中，一相位遮罩可包含覆蓋光瞳面126之選定部分之一或多個半波板。就此而言，相位遮罩可形 成為區段中之至少一者包含一半波板之一分段式光學器件。
圖4係根據本發明之一或多項實施例之一相位遮罩402之一概念性俯視圖，相位遮罩402包含兩個區段以將光瞳劃分成兩個區段(例如，半體)。舉例而言，如圖4中所圖解說明，相位遮罩402可包含由一半波板形成之一區段404，該半波板具有沿著一X方向之一光軸以相對於正交極化為沿著Y方向發生極化之光引入一相移π(表示為eiπEy)。此外，相位遮罩402可包含不使光之極化旋轉之一區段406。舉例而言，區段406可包含沿著傳播方向由一光學均質材料形成之一補償板，以使得穿過該區段406之光沿著與光在區段404中相同(或實質上相同)的光路徑長度傳播。在一項實施例中，該補償板係由具有與區段404中之一半波板大約相同之厚度及折射率但沿著傳播方向不發生雙折射之一材料形成。在另一實施例中，補償板由與區段404中之半波板相同之材料形成，但沿著一不同軸切割，以使得傳播穿過補償板之光不經歷雙折射。舉例而言，沿著一單軸晶體之光軸傳播之光可不經歷雙折射，以使得該晶體對於沿著光軸傳播之光而言可具備光學均質性。舉另一實例，區段406可包含一孔徑。
此外，在某些實施例中，一相位遮罩402可偏斜於自光瞳面126之外以跨越光瞳面126至少部分地補償光路徑長度差。
可此項技術中已知的任何技術形成一分段式相位遮罩402。在一項實施例中，各個區段(例如，圖4之區段404至406)形成為一單個組件，其中該各個區段放置於一單個平面中。
然而應理解，僅出於說明目的而提供圖4及相關聯說明並不應解釋為具限制性。舉例而言，具有兩個區段之一相位遮罩402可包含放置於聚光區域206之底部部分中而非頂部部分中之一半波板，如圖4中所 圖解說明。此外，相位遮罩402可包含由任何材料組合形成、跨越光瞳面126呈任何圖案分佈之任何數目個區段以重塑自一粒子散射之光之PSF。舉例而言，鑒於與一所關注目標相關聯的光在光瞳面126中之一已知電場分佈(例如量測、模擬等)，本文中所闡述之一分段式相位遮罩402可經形成以選擇性地調整光瞳面126中之各個光區之相位以重塑所關注目標之一影像之PSF。確切而言，可將相位遮罩402之各個區段選擇成促進一偵測器120處之相長干涉以提供接近系統PSF(例如，在一選定容差內)之一緊密PSF。
應進一步認識到，相位遮罩402之設計可表示一「理想」相位遮罩基於與所關注粒子相關聯之一已知電場分佈(例如，如圖2A中所圖解說明等)與實際設計及/或製造考量之間的一折衷。舉例而言，可能存在一理想相位遮罩402或者所期望相位遮罩402過於昂貴或難以製造之情形。然而，可存在相位遮罩402之特定設計可滿足製造及效能規格兩者(例如，具有一選定形狀之一粒子PSF等)之情形。因此，圖4中所圖解說明之相位遮罩402之設計可表示提供效能與可製造性之間的一特定折衷之一非限制性實例。
在另一實施例中，如下文更詳細地闡述，粒子偵測系統100可包含由跨越光瞳面126具有一空間變化厚度之一光學均質材料形成之一相位補償器，以促進在偵測器120上之一粒子影像之一中心處與粒子散射相關聯之樣本光112之相長干涉。
如本文中先前所闡述，本文中涵蓋各種光學組件組合可用於自由一樣本108上之一粒子所散射之樣本光112選擇性地濾除表面光霧。現在參考圖5至圖14B，在某些實施例中，除經定向以沿著選定極化 方向拒斥光之一線性極化器122之外，一粒子偵測系統100亦包含一極化轉子502以跨越光瞳面126將表面光霧旋轉至一選定共同極化角度。舉例而言，光瞳面126中之一極化轉子502可跨越光瞳面126提供一極化旋轉空間變化量(例如，一空間變化極化旋轉角度)。可基於表面光霧之一預期電場分佈(例如，圖2A中之散射圖202)選擇極化旋轉角度之此空間分佈以跨越光瞳面126將表面光霧之極化選擇性地旋轉至選定極化角度。粒子偵測系統100可另外包含一線性極化器(例如，線性極化器122)經對準以拒斥沿著選定極化角度發生極化之光。
此外，本文中涵蓋用於拒斥表面光霧之選定極化角度可係任何適合角度。舉例而言，可基於粒子散射樣本光112之一預期分佈(例如，如圖2B中所圖解說明)選擇所選極化角度以將拒斥粒子散射樣本光112之烈度最小化。
線性極化器122可經由包含透射、反射或吸收在內之任何程序拒斥沿著選定極化方向發生極化之樣本光112。在一項實施例中，如圖1中所圖解說明，線性極化器122包含一極化分束器，以使得沿著一個光路徑引導(例如，經由透射或反射)沿著選定極化方向(主要為表面光霧)發生極化之樣本光112，且沿著另一光路徑引導正交極化樣本光112(主要為粒子散射樣本光112)。因此，粒子偵測系統100可在任一光路徑或兩個光路徑中包含一偵測器120以基於樣本光112之對應部分產生樣本108之影像。
在本文中應認識到，在諸多應用中皆可期望保留樣本光112中與表面光霧相關聯之部分。舉例而言，可期望監測與表面光霧及粒子散射相關聯之相對信號強度。舉另一實例，可期望產生與表面光霧相關聯之一影像。在某些例項中，藉由表面光霧進行成像之一樣本可提供與樣本表 面相關聯之額外相關度量資料。此外，可能存在極化轉子502與線性極化器122的組合無法將表面光霧與粒子散射樣本光112完全分離之情形。因此，一第一通道主要包含自粒子散射之光且一第二通道主要包含自表面散射之光的一多通道成像系統可促進驗證系統效能以適合於改善極化轉子502之設計。
極化轉子502可由各種光學組件形成。在某些實施例中，如圖5至圖8B中所圖解說明，一極化轉子502由一分段式半波板形成。就此而言，極化轉子502可包含跨越光瞳面126分佈之兩個或兩個以上半波板，每一者具有定向於一選定方向上以提供極化旋轉角度之一選定空間分佈之一光軸。在某些實施例中，如圖12至圖14B中所圖解說明，一極化轉子502包含光學活性材料，該光學活性材料具有一空間變化厚度以提供極化旋轉角度之一選定空間分佈。然而應理解，本文中所提供之實例僅具說明性並不應被解釋為具限制性。
現在參考圖5至圖8B，根據本發明之一或多項實施例闡述由一分段式半波板形成之一極化轉子502。
在一項實施例中，一極化轉子502包含分佈於整個光瞳面126上之多個區段504，其中極化轉子502之每一區段504包含由一單軸晶體切塊形成之一半波板，該單軸晶體切塊具有被定向成垂直於穿過晶體之傳播方向之一光軸506以及被選擇成在正交極化之間提供一π相移的一厚度，這可具有使光之極化旋轉之效應。確切而言，可將相對於光軸506以一角度θ發生極化之光旋轉2θ。在另一實施例中，每一區段504中之半波板之光軸506經定向以將區段504內之表面光霧之極化旋轉至選定極化角度。
圖5至圖6B圖解說明根據本發明之一或多項實施例形成為一有角度分段式半波板之一極化轉子502。
圖5係根據本發明之一或多項實施例的形成為一有角度分段式半波板之一極化轉子502之一概念性俯視圖。舉例而言，圖5中所圖解說明之有角度分段式半波板可類似於圖3A中所圖解說明之光霧拒斥極化器302，但有角度分段式半波板包含半波板而非極化器。
在一項實施例中，極化轉子502包含圍繞一頂點位置508徑向分佈之楔形區段504。在另一實施例中，頂點位置508對應於照射束104自樣本108之鏡面反射角度，鏡面反射角度可位於聚光區域206內或位於聚光區域206外。就此而言，每一區段504可相對於鏡面反射角度208覆蓋光瞳面126中之一徑向角度範圍，以使得每一區段504內之表面光霧可基於圖2A中之散射圖202而係實質上均勻的。
圖6A及圖6B係根據本發明之一或多項實施例聚集樣本光112在傳播穿過一有角度分段式極化轉子502(例如，圖4中所圖解說明)及一極化線性極化器122之後發生正交極化部分之曲線圖602、604。舉例而言，曲線圖602可主要包含表面光霧，且曲線圖604可主要包含粒子散射。
圖7A係根據本發明之一或多項實施例的形成為一線性分段式半波板之一極化轉子502之一概念性俯視圖。舉例而言，圖7A中所圖解說明之線性分段式半波板可類似於圖3B中所圖解說明之光霧拒斥極化器302，但線性分段式半波板包含半波板而非極化器。
在一項實施例中，極化轉子502包含沿著一分段方向702線性分佈之區段504。舉例而言，圖7A中之分段方向702經選擇以與照射方 向210正交，如光瞳面126中所表示。然而應理解，一極化轉子502可經設計以在光瞳面126中具有沿著任何方向之分段方向702。
圖7B係根據本發明之一或多項實施例的圖7A中所展示之線性分段式極化轉子502之光軸506之定向方向隨著在光瞳面126中沿著分段方向702之位置而變化的一所計算曲線圖704。確切而言，圖7B圖解說明光軸506相對於波長分別為266nm及213nm之照射束104之照射方向210的定向。此外，曲線圖704係在粒子偵測系統100包含在極化轉子502之前的位於光瞳面126處或位於光瞳面126附近之一相位遮罩(例如，相位遮罩402等)這一組態下所計算，該種組態用以重塑粒子散射光之PSF以在一被成像粒子之一中心部分處提供相長干涉。
舉例而言，一線性分段式極化轉子502可經設計以包含一選定數目個區段504，每一區段沿著曲線圖704之X軸佔據一位置範圍。此外，可基於曲線圖704使用此項技術中已知之任何選擇技術來選擇每一區段504之光軸506之定向角度。舉例而言，可將每一區段504之光軸506之定向角度選擇為光瞳面126中之各別位置之對應角度範圍之中點、平均值或任何其他選擇度量標準。
然而應理解，圖7A及圖7B中之極化轉子502之圖解說明僅出於說明目的而提供並不應解釋為具限制性。更確切而言，極化轉子502可包含光軸506具有任何選定定向的任何數目及大小之區段504，以使用線性極化器122將表面光霧之極化旋轉至一選定極化角度以供拒斥。圖7C係根據本發明之一或多項實施例的將表面光霧之極化旋轉至一選定極化角度之一線性分段式極化轉子502之光軸506之定向方向之一曲線圖706。
圖8A及圖8B係根據本發明之一或多項實施例的所聚集樣本 光112在傳播穿過一有角度分段式極化轉子502(例如，圖5中所圖解說明)及一極化線性極化器122之後發生正交極化部分之曲線圖802、804。就此而言，曲線圖802可主要包含表面光霧，且曲線圖804可主要包含粒子散射。
如本文中先前關於光霧拒斥極化器302所闡述，在本文中認識到光軸506可預計基於一預期電場分佈(例如，圖2A之散射圖202)優先將跨越光瞳面126之表面光霧之極化對準至選定極化角度的準確性可基於區段504之數目及佈局而變化。本文中應進一步認識到，一極化轉子502之製造成本亦可與複雜性成比例。因此，可對區段504之數目及佈局做出選擇以權衡包含效能、製造成本等在內之各種要求。
此外，在極化橢圓304在一特定區段504中不均勻定向之情形中，可將每一區段504中之光軸506之定向選擇成根據一最佳化函數拒斥表面光霧。舉例而言，可將每一區段504之光軸506選擇成將被該區段基於區段504內之預期烈度分佈及/或極化(例如，在一選定容差內)旋轉至一選定極化之表面光霧之功率最大化。舉另一實例，可將每一區段504之光軸506之定向選擇成權衡由放置於極化轉子502(例如，線性極化器122)下游之一極化器傳遞之粒子散射之功率與由極化器拒斥之表面光霧之功率。
現在參考圖9A至圖9C，將根據本發明之一或多項實施例更詳細地闡述使用一相位遮罩來重塑與小於一成像解析度之粒子影像相關聯之一點擴展函數(PSF)。確切而言，圖9B及9C係使用按照圖4中之圖解說明地在各別極化轉子502之前位於光瞳面126處或位於光瞳面126附近的相位遮罩402而產生。
圖9A係根據本發明之一或多項實施例基於傾斜入射p極化光之散射而產生的小於一成像系統(例如，粒子偵測系統100)之一解析度的一粒子之一影像902。如圖9A中所圖解說明，一粒子基於p極化散射光之PSF係環形而非一艾瑞函數(Airy function)，此至少部分地由於與光在光瞳面126中之特定極化分佈相關聯之干涉圖案及使用散射光來形成影像902。確切而言，與圖9A中之一中心點904相關聯之相消干涉致使影像902中之中心點904處之烈度減小且烈度自中心點904徑向向外移位。因此，對與一粒子之一影像相關聯之信號強度及因此信雜比造成負面影響。
圖9B包含根據本發明之一或多項實施例使用具有圖5中所圖解說明之一有角度分段式極化轉子502且具有一線性極化器122之一成像系統(例如，粒子偵測系統100)得到的圖9A中之粒子之一影像906。確切而言，有角度分段式極化轉子502包含一角寬度為5°之區段504。圖9C包含根據本發明之一或多項實施例使用具有圖7A中所圖解說明的一線性分段式極化轉子502(具有72個區段504)且具有一線性極化器122之一成像系統(例如，粒子偵測系統100)得到的圖9A中之粒子之一影像908。如圖9A至圖9C中所圖解說明，在不使用本文中所闡述之一相位遮罩之情況下產生之一粒子之影像具有一烈度在中心點904中下降之一環形形狀。然而，包括相位遮罩會將PSF收緊，以使得一粒子之一影像具有一中心峰值及圍繞中心點904更緊湊之一烈度分佈。
圖10係圖解說明根據本發明之一或多項實施例的一有角度分段式極化轉子502及一線性分段式極化轉子502之效能及收斂行為之一曲線圖1002。確切而言，圖10圖解說明與一粒子相對於背景雜訊(包含但不限於表面光霧)之一影像相關聯的樣本光112之信雜比(SNR)。
確切而言，圖10對應於圖8B中所展示的藉由光產生之一影像，其中照射束104發生p極化且以一70°角度入射於一裸矽晶圓上且物鏡114具有0.97之一NA。圖10中之SNR由以下公式定義：
Figure 112101318-A0305-02-0031-1
 其中信號係與一粒子之一影像相關聯之峰值信號強度(例如，在使用一相位板來重塑PSF之情形中中心點904之信號強度)，σwafer係晶圓背景雜訊，σlaser係雷射雜訊，σshot係散粒雜訊，且σdetector係偵測器120之讀出雜訊。如圖10中所展示，增加區段504之數目通常會提高粒子偵測SNR，其中SNR藉由增加的區段504達到一漸近極限。
現在參考圖11A及圖11B，比較一光霧拒斥極化器302及一分段式極化轉子502之各種組態之效能。圖11A係根據本發明之一或多項實施例在使用一波長為266nm之一照射束104之情況下SNR隨著一光霧拒斥極化器302及一分段式極化轉子502之各種組態之像素大小(例如，偵測器120之像素大小)而變化之一曲線圖1102。圖11B係根據本發明之一或多項實施例在使用一波長為213nm之一照射束104之情況下SNR隨著一光霧拒斥極化器302及一分段式極化轉子502之各種組態之像素大小(例如，偵測器120之像素大小)而變化之一曲線圖1104。
確切而言，圖11A及圖11B圖解說明一有角度光霧拒斥極化器302(例如，如圖3A中所圖解說明)之SNR 1106、一線性光霧拒斥極化器302(例如，如圖3B中所圖解說明)之SNR 1108、一有角度分段式極化轉子502(例如，如圖4中所圖解說明)與極化線性極化器122之SNR 1110及一線性分段式極化轉子502(例如，如圖6中所圖解說明)與一極化線性極化器122之一SNR 1112。此外，圖10A及圖10B中之信號係基於包括用 以藉由粒子重塑一p極化照射束104之PSF之一相位板之粒子偵測系統100，本文中先前所闡述。
在圖11A及圖11B中，可藉由有角度分段式元件或線性分段式元件達成類似效能。舉例而言，有角度光霧拒斥極化器302之SNR 1106可與有角度分段式極化轉子502與一極化線性極化器122之SNR 1110相當。類似地，線性光霧拒斥極化器302之SNR 1108可與線性分段式極化轉子502與一極化線性極化器122之SNR 1112相當。
注意，圖10至圖11B，線性分段式元件(例如，線性光霧拒斥極化器302及極化轉子502)之效能優於有角度光霧拒斥極化器302元件(例如，有角度分段式光霧拒斥極化器302及極化轉子502)，但應理解此特定結果不應被解釋具限制性。通常而言，一特定極化轉子502之效能可取決於各種各樣之因素，包含但不限於區段504之數目及佈局、對應光軸506之具體定向、製造精確性、樣本108之材料及表面粗糙度、照射束104之功率以及偵測器120之雜訊。
現在參考圖12至圖14B，更詳細地闡述由具有一不同厚度之一光學活性材料形成之一極化轉子502。
圖12係根據本發明之一或多項實施例的由一光學活性材料形成之一極化轉子502之一概念性俯視圖。在一項實施例中，極化轉子502由一光學活性材料(諸如但不限於石英)形成。一光學活性材料對傳播穿過該光學活性材料之光之極化進行旋轉所達到之量取決於材料之厚度。因此，極化轉子502沿著傳播方向(例如，法向於圖12之平面之一方向)之一厚度可基於光瞳面126之位置而變化。就此而言，傳播穿過極化轉子502之光可根據光在光瞳面126中之位置(例如，根據散射角度)而展現出一 不同極化旋轉量。
在另一實施例中，可將極化旋轉跨越光瞳面126之一空間分佈選擇成將表面光霧之極化優先旋轉至一選定極化角度1202。因此，一極化線性極化器122可至少在一選定容差內將沿著此選定極化角度極化之表面光霧與其餘光(例如，粒子散射)分離。舉例而言，在圖11中，來自樣本108之表面光霧在極化轉子502之前之極化橢圓304(敞開橢圓)相對於鏡面反射角度208徑向定向，而表面光霧在傳播穿過極化轉子502之後的極化橢圓1204(閉合橢圓)沿著選定極化角度1202(例如，X方向)對準。
現在參考圖13A至圖14B，根據本發明之一或多項實施例闡述由一光學活性材料形成之一極化轉子502之各種設計。
本文中認識到，一光學活性極化轉子502可將表面光霧之極化優先旋轉至選定極化角度1202之準確性可取決於極化旋轉角度跨越光瞳面126之空間分佈在多大程度上映射至表面光霧在光瞳面126處之極化分佈。本文中涵蓋，極化轉子502可提供跨越光瞳面126之任何極化旋轉角度空間分佈。本文中進一步涵蓋極化轉子502之製造成本亦可與複雜性成比例。因此，可對極化旋轉角度之空間分佈(例如，厚度之空間分佈)做出選擇以權衡包含效能、製造成本等在內之各種要求。
在一項實施例中，極化轉子502包含極化旋轉角度跨越光瞳面126之二維空間分佈。在另一實施例中，極化轉子502包含極化旋轉角度跨越光瞳面126之一維空間分佈。就此而言，極化旋轉角度可在光瞳面126中沿著一單個選定方向(例如，圖12至圖14B之Y方向)變化。
圖13A係根據本發明之一或多項實施例由一光學活性材料形成之一極化轉子502沿著圖12之垂直方向(例如，Y方向)之一厚度輪廓 之一曲線圖1302，極化轉子502經設計以將波長分別為266nm及213nm之表面光霧之極化旋轉至圖12中之水平方向(例如，X方向)。確切而言，圖13A圖解說明極化轉子502關於Z軸(例如，相對於圖13A之一位置0)對稱之一設計，此旨在與位於光瞳面126處或位於光瞳面126附近且在極化轉子502之前的一相位遮罩(例如，圖4中所圖解說明之相位遮罩402)搭配使用以在光到達極化轉子502之前在光瞳面之一半中將Y極化之相位逆轉。
圖13A中之厚度係以微米[(μm)/△n]為單位提供，其中△n表示具有相對圓形極化之光穿過極化轉子502所經歷之折射率之間的一差。此外，0厚度表示根據mλ/△n之一參考厚度，其中λ係照射束104之波長且m係一任意正整數。
圖13B係根據本發明之一或多項實施例基於圖13A具有沿著一傳播方向(例如，Z方向)之一厚度輪廓之一極化轉子502之一剖面圖1304。本文中認識到，圖13A中之厚度輪廓在一中心點1306周圍包含一急劇厚度轉變，此可難以製造出一光學拋光表面。因此，圖13B中之剖面圖表示圖13A之厚度輪廓之一偏差以提高可製造性。
在另一實施例中，粒子偵測系統100包含一補償器1308，補償器1308用以校正不同射線之光路徑長度以使得其大約相等(例如跨越光瞳面126在一選定容差內相等，諸如但不限於一相位差π/2)。舉例而言，補償器1308可沿著傳播方向(例如，圖12中之Z方向)由一光學均質材料形成。舉另一實例，補償器1308可由具有與構成極化轉子502之光學活性材料相反之旋向性之一光學活性材料形成。在一個例項中，極化轉子502可包括右偏向石英，且補償器1308可包括左偏向石英，其中每一者具 有被選擇成使得達成所期望極化旋轉及相位校正之一厚度輪廓。確切而言，當在偵測器120上進行成像時，補償器1308可促使光跨越光瞳面126而相長干涉。就此而言，補償器1308可藉由使Y平面之一半中之路徑長度與另一半中之路徑長度相差大約π而發揮與本文中先前所闡述之相位遮罩402類似之功能。在一項實施例中，補償器1308由具有與形成極化轉子502之光學活性材料類似之一折射率之一材料形成。舉例而言，極化轉子502可由被定向成其光軸在Z方向上之晶體石英形成，且補償器1308可由熔融二氧化矽形成。
圖14A係根據本發明之一或多項實施例由一光學活性材料形成的一極化轉子502沿著圖12之垂直方向(例如，Y方向)之一厚度輪廓之一曲線圖1402，極化轉子502經設計以將波長分別為266nm及213nm之表面光霧之極化旋轉至圖12中之水平方向(例如，X方向)。如圖13A一樣，圖14A中之厚度係以微米[(μm)/△n]為單位提供且0厚度表示根據mλ/△n之一參考厚度。此外，圖14A之厚度輪廓不包含在圖13A之厚度輪廓中所看到之一急劇厚度轉變。
圖14B係根據本發明之一或多項實施例之一極化轉子502之一剖面圖1404，極化轉子502具有基於圖14A的沿著一傳播方向(例如，Z方向)之一厚度輪廓且包含一補償器1308以校正不同射線之光路徑長度，以使得該等光路徑長度大約相等(例如，跨越光瞳面126相等)。
在另一實施例中，粒子偵測系統100可包含位於一極化轉子502及一補償器1308(例如，如圖13B及圖14B中所圖解說明)兩者之前的一相位遮罩(例如，圖4中所圖解說明之相位遮罩402等)以藉由促進在偵測器120上之粒子影像之一中心部分處之相長干涉來進一步重塑藉由散射光 產生之粒子之影像之PSF。本文中進一步涵蓋，當在偵測器120上進行成像時，一光學活性極化轉子502之某些設計操作以跨越光瞳面126提供光之相長干涉以使得一補償器1308不必提供粒子散射之一所期望PSF。
圖15係圖解說明根據本發明之一或多項實施例之一粒子偵測方法1500中執行之步驟之一流程圖。申請人指出本文中先前在粒子偵測系統100之內容脈絡中所闡述之實施例及使能技術應擴展至方法1500。然而，進一步注意，方法1500並不僅限於粒子偵測系統100之架構。
在一項實施例中，方法1500包含回應於具有一已知極化呈一已知入射角度之一照射束而接收自一樣本之一表面散射之光(例如，表面光霧)之一第一電場分佈的一步驟1502。在另一實施例中，方法1500包含回應於照射束而接收自樣本之表面上之一粒子散射之光之一第二電場分佈的一步驟1504。
在另一實施例中，方法1500包含設計適合於放置於一成像系統之一光瞳面處之一極化轉子以將具有第一電場分佈之光之一極化旋轉至一選定極化角度的一步驟1506。舉例而言，穿過極化轉子之光之一極化旋轉角度可經選擇以跨越光瞳面根據一選定空間分佈而變化以將具有第一電場分佈之光之極化旋轉至選定極化角度。
舉例而言，可能的情形係表面光霧可在一成像系統之一光瞳面中具有與由表面上之粒子散射之光不同之一電場分佈。確切而言，本文中認識到，當由傾斜入射p極化光散射時，表面光霧與粒子散射具有實質上不同之電場分佈。
本文中涵蓋，步驟1506中所設計之一極化轉子可由各種材料形成。在一項實施例中，極化轉子包含由跨越光瞳面分佈之多個半波板 形成之一分段式半波板，該多個半波板具有被選擇性地定向成將在光瞳面之各別部分中之表面光霧旋轉至第一極化角度之光軸。在另一實施例中，極化轉子包含一光學活性材料，諸如但不限於具有一空間變化厚度輪廓之石英。舉例而言，光在一光學活性材料中之極化旋轉取決於該光學活性材料之厚度。因此，具有一空間變化厚度輪廓之一極化轉子可跨越光瞳面為光提供不同極化旋轉角度。
在另一實施例中，方法1500包含以下一步驟1508：利用具有位於光瞳面中之極化轉子及經對準以拒斥沿著選定極化角度發生極化之光之一極化器的成像系統來產生一樣本之一暗場影像，其中該暗場影像係基於由極化器傳遞之光。舉例而言，由極化器傳遞之光可對應於在一選定容差由樣本表面上之一或多個粒子散射之光。
本文中所闡述之標的物有時圖解說明含於其他組件內或與其他組件連接之不同組件。應理解，此等所繪示架構僅係例示性的，且事實上可實施達成相同功能性之諸多其他架構。在一概念意義上，達成相同功能性之任何組件配置係有效地「相關聯」以達成所期望功能性。因此，可將本文中經組合以達成一特定功能性之任何兩個組件視為彼此「相關聯」以使得達成所期望之功能性，而無論架構或中間組件如何。同樣地，如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為彼此「連接」或「耦合」以達成所期望功能性，且能夠如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為彼此「可耦合」以達成所期望功能性。可耦合之特定實例包含但不限於可實體上互動及/或實體上互動之組件及/或可以無線方式互動及/或以無線方式互動之組件及/或可邏輯上互動及/或邏輯上互動之組件。
認為，通過前述說明將理解本發明及其附帶優點中的諸多 優點，且將明瞭可在不背離所揭示標的物或不犧牲所有其重要優點之情況下在組件的形式、構造及配置上作出各種改變。所闡述之形式僅係解釋性的，且隨附申請專利範圍旨在囊括並包含此等改變。此外，應理解，本發明由隨附申請專利範圍界定。
100:粒子偵測系統
102:照射源
104:照射束/可調諧照射束/p極化照射束
106:照射途徑
108:樣本
110:聚光途徑
112:樣本光/所聚集樣本光/粒子散射樣本光
114:物鏡
116:透鏡
118:照射束調節組件
120:偵測器
122:線性極化器/極化線性極化器
124:波束調節元件
126:光瞳面
128:透鏡
130:透鏡
132:控制器
134:處理器
136:記憶體媒體

Claims (45)

  1. 一種粒子偵測系統，其包括：一照射源，其用以產生一照射束；一或多個照射光學器件，其用以沿著一照射方向以一離軸角度將該照射束引導至一樣本；一或多個聚光光學器件，其用以在一暗場模式中回應於該照射束而聚集來自該樣本之散射光；一相位遮罩，其位於該一或多個聚光光學器件之一第一光瞳面處，其中該相位遮罩經組態以針對一聚光區域之二或多個光瞳區中之光提供不同相移(phase shift)以重塑自該樣本之一表面上之一或多個粒子散射之光之一點擴散函數，其中該聚光區域對應於該一或多個聚光光學器件之一數值孔徑；一極化轉子，其位於該一或多個聚光光學器件之一第二光瞳面處，其中該極化轉子提供被選擇成將自該樣本之該表面散射之光旋轉至一選定極化角度之一空間變化極化旋轉角度，其中該極化轉子包含具有垂直於該第二光瞳面而定向之一光軸之一光學活性材料，其基於光學活性旋轉該第二光瞳面中之光之一極化，其中該光學活性材料具有跨越該第二光瞳面之一空間變化厚度，以將自該樣本之該表面散射之該光旋轉至該選定極化角度；一極化器，其經對準以拒斥沿著該選定極化角度發生極化之光；及一偵測器，其用以基於由該極化器傳遞之光產生該樣本之一暗場影像，其中由該極化器傳遞之該光包含由該樣本之該表面上之該一或多個粒 子散射之該光之至少一部分。
  2. 如請求項1之系統，其中該相位遮罩位於該極化轉子之前。
  3. 如請求項1之系統，其中該相位遮罩重塑自該樣本之該表面上之該一或多個粒子散射之該光之該點擴散函數以提供該點擴散函數中之一中心峰值。
  4. 如請求項1之系統，其中該第一光瞳面及該第二光瞳面為共軛面(conjugate planes)。
  5. 如請求項1之系統，其中該第一光瞳面及該第二光瞳面為一共同光瞳面。
  6. 如請求項1之系統，其中該二或多個光瞳區包括：沿該照射方向劃分之該聚光區域之一第一半部(first half)及該聚光區域之一第二半部(second half)。
  7. 如請求項6之系統，其中該相位遮罩之一第一區段包括：一半波板，其覆蓋該聚光區域之該第一半部。
  8. 如請求項7之系統，其中該半波板經定向以沿著該第一光瞳面中之一方向提供一π相移，該第一光瞳面中之該方向對應於與該樣本上之該照射 束之一入射面正交之一角度。
  9. 如請求項7之系統，其中該相位遮罩之一第二區段包括：一補償器，其沿著覆蓋該聚光區域之該第二半部之一傳播方向由一光學均質材料形成，其中貫穿該補償器之光之一光路徑對應於在一選定容差內貫穿該半波板之光之一光路徑。
  10. 如請求項7之系統，其中該相位遮罩之一第二區段包括：一孔徑，其覆蓋該聚光區域之該第二半部。
  11. 如請求項10之系統，其中該半波板偏斜以至少部分地補償穿過該聚光區域之該第一半部及該第二半部之光之間的光路徑差。
  12. 一種粒子偵測設備，其包括：一極化轉子，在該極化轉子位於一成像系統之一光瞳面處時，其提供被選擇成將自一樣本之一表面散射之光旋轉至一選定極化角度之一空間變化極化旋轉角度，其中自該樣本之該表面散射之該光沿一厚度方向貫穿該極化轉子而傳播，其中該極化轉子包含具有沿著該厚度方向而定向之一光軸之一光學活性材料，其基於光學活性旋轉光之一極化，其中該光學活性材料具有跨越與該厚度方向正交之一橫向方向之一空間變化厚度，以將自該樣本之該表面散射之該光旋轉至該選定極化角度。
  13. 如請求項12之設備，其中該光學活性材料之該空間變化厚度以一一維 空間分佈而變化。
  14. 如請求項12之設備，其中該光學活性材料之該空間變化厚度以一二維空間分佈而變化。
  15. 如請求項12之設備，其中該光學活性材料之該空間變化厚度單調地(monotonically)變化。
  16. 如請求項12之設備，其中該光學活性材料之該空間變化厚度具有相對於該極化轉子之中心之一對稱分佈。
  17. 如請求項12之設備，其中該光學活性材料包括：一光學活性晶體，其具有垂直於該光瞳面而定向之一光軸。
  18. 一種粒子偵測系統，其包括：一照射源，其用以產生一照射束；一或多個照射光學器件，其用以沿著一照射方向以一離軸角度將該照射束引導至一樣本；一或多個聚光光學器件，其用以在一暗場模式中回應於該照射束而聚集來自該樣本之散射光；一相位遮罩，其位於該一或多個聚光光學器件之一第一光瞳面處，其中該相位遮罩經組態以針對一聚光區域之二或多個光瞳區中之光提供不同相移以重塑自該樣本之一表面上之一或多個粒子散射之光之一點擴散函 數，其中該聚光區域對應於該一或多個聚光光學器件之一數值孔徑；一極化轉子，其位於該一或多個聚光光學器件之一第二光瞳面處，其中該極化轉子提供被選擇成將自該樣本之該表面散射之光旋轉至一選定極化角度之一空間變化極化旋轉角度，其中該極化轉子包含一有角度分段式半波板(angularly-segmented half-wave plate)，其包含複數個區段，該複數個區段具有經定向以在該第二光瞳面中之一頂點處相交之邊緣，其中該頂點對應於該第二光瞳面中之該照射束之鏡面反射；一極化器，其經對準以拒斥沿著該選定極化角度發生極化之光；及一偵測器，其用以基於由該極化器傳遞之光產生該樣本之一暗場影像，其中由該極化器傳遞之該光包含由該樣本之該表面上之該一或多個粒子散射之該光之至少一部分。
  19. 如請求項18之系統，其中該相位遮罩位於該極化轉子之前。
  20. 如請求項18之系統，其中該相位遮罩重塑自該樣本之該表面上之該一或多個粒子散射之該光之該點擴散函數以提供該點擴散函數中之一中心峰值。
  21. 如請求項18之系統，其中該第一光瞳面及該第二光瞳面為共軛面。
  22. 如請求項18之系統，其中該第一光瞳面及該第二光瞳面為一共同光瞳面。
  23. 如請求項18之系統，其中該二或多個光瞳區包括：沿著該照射方向劃分之該聚光區域之一第一半部及該聚光區域之一第二半部。
  24. 如請求項23之系統，其中該相位遮罩之一第一區段包括：一半波板，其覆蓋該聚光區域之該第一半部。
  25. 如請求項24之系統，其中該半波板經定向以沿著該第一光瞳面中之一方向提供一π相移，該方向對應於與該樣本上之該照射束之一入射面正交之一角度。
  26. 如請求項24之系統，其中該相位遮罩之一第二區段包括：一補償器，其沿著覆蓋該聚光區域之該第二半部之一傳播方向由一光學均質材料形成，其中貫穿該補償器之光之一光路徑對應於在一選定容差內貫穿該半波板之光之一光路徑。
  27. 如請求項24之系統，其中該相位遮罩之一第二區段包括：一孔徑，其覆蓋該聚光區域之該第二半部。
  28. 如請求項27之系統，其中該半波板偏斜以至少部分地補償穿過該聚光區域之該第一半部及該第二半部之光之間的光路徑差。
  29. 如請求項18之系統，其中該一或多個照射光學器件經組態以在一p極 化下將該照射束引導至該樣本。
  30. 如請求項18之系統，其中該極化器包括：一極化分束器，其中該極化分束器沿著一第一光路徑引導來自該樣本的由該極化器傳遞之該散射光，其中該極化分束器沿著與該第一光路徑不同之一第二光路徑引導來自該樣本的由該極化器拒斥之該散射光。
  31. 如請求項30之系統，其進一步包括：一額外偵測器，其經組態以基於來自該樣本的由該極化器沿著該第二光路徑拒斥之該散射光產生該樣本之一暗場影像，其中來自該樣本的由該極化器拒斥之該散射光包含在一選定拒斥容差內由該樣本之該表面散射之光。
  32. 如請求項18之系統，其中自該樣本之該表面散射之該光具有一已知電場分佈，其中該極化轉子經組態以該已知電場分佈將發生極化之光旋轉至該選定極化角度。
  33. 一種粒子偵測系統，其包括：一照射源，其用以產生一照射束；一或多個照射光學器件，其用以沿著一照射方向以一離軸角度將該照射束引導至一樣本；一偵測器；一或多個聚光光學器件，其用以基於回應於該照射束而聚集來自該樣 本之光而在該偵測器上產生該樣本之一暗場影像；一相位遮罩，其位於一第一光瞳面處，其中該相位遮罩經組態以針對一聚光區域之二或多個光瞳區中之光提供不同相移以重塑自該樣本之一表面上之一或多個粒子散射之光之一點擴散函數，其中該聚光區域對應於該一或多個聚光光學器件之一數值孔徑；及一線性分段式極化器，其包含沿一分段方向分佈於該一或多個聚光光學器件之一第二光瞳面中之複數個區段，其中每一特定區段之一拒斥軸線經定向以在該特定區段內拒斥自該樣本之該表面散射之光。
  34. 如請求項33之系統，其中每一區段之該拒斥軸線經定向以回應於具有一已知極化呈一已知入射角度之照射而基於自該樣本之該表面散射之光之一已知電場分佈在該特定區段內拒斥自該樣本之該表面散射之該光。
  35. 如請求項34之系統，其中該已知極化係p極化。
  36. 如請求項33之系統，其中該複數個區段沿著與該照射方向垂直之一方向線性分佈。
  37. 如請求項33之系統，其中該相位遮罩重塑自該樣本上之該一或多個粒子散射之光之該點擴散函數以提供該點擴散函數中之一中心峰值。
  38. 如請求項33之系統，其中該二或多個光瞳區包括：沿該照射方向劃分之該聚光區域之一第一半部及該聚光區域之一第二 半部。
  39. 如請求項38之系統，其中該相位遮罩之一第一區段包括：一半波板，其覆蓋該聚光區域之該第一半部。
  40. 如請求項39之系統，其中該半波板經定向以沿著該第一光瞳面中之一方向提供一π相移，該第一光瞳面中之該方向對應於與該樣本上之該照射束之一入射面正交之一角度。
  41. 如請求項39之系統，其中該相位遮罩之一第二區段包括：一補償器，其沿著覆蓋該聚光區域之該第二半部之一傳播方向由一光學均質材料形成，其中貫穿該補償器之光之一光路徑對應於在一選定容差內貫穿該半波板之光之一光路徑。
  42. 如請求項39之系統，其中該相位遮罩之一第二區段包括：一孔徑，其覆蓋該聚光區域之該第二半部。
  43. 如請求項42之系統，其中該半波板偏斜以至少部分地補償穿過該聚光區域之該第一半部及該第二半部之光之間的光路徑差。
  44. 如請求項33之系統，其中該第一光瞳面及該第二光瞳面為共軛面。
  45. 如請求項33之系統，其中該第一光瞳面及該第二光瞳面為一共同光瞳面。
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