區(qū)分原生表面特征與外來表面特征的方法
【專利摘要】本申請公開了區(qū)分原生表面特征與外來表面特征的方法。本文提供了一種裝置，包括：光子探測器陣列；以及處理設備，配置成處理與從物品的表面散射并且聚焦在第一焦平面的第一組光子以及從物品的表面散射并且聚焦在第二焦平面的第二組光子相對應的光子探測器陣列信號，其中所述處理設備進一步包括區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征。
【專利說明】區(qū)分原生表面特征與外來表面特征的方法
[0001]交叉引用
[0002]本申請請求2012年10月16日提交的美國臨時專利申請N0.61 / 714，546的優(yōu)先權。
【背景技術】
[0003]可檢查生產(chǎn)線上制備的物品以檢查特定的特征，特定的特征包括可能降低物品或者包括該物品的系統(tǒng)的性能的缺陷。例如，可在生產(chǎn)線上制備用于硬盤驅動器的硬盤，并且檢查特定的表面特征，包括可能降低硬盤或者硬盤驅動器的性能的表面和表面下的缺陷。因此，可能使用裝置和方法來檢查物品的特征例如缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]這里提供一種設備，包括光子探測器陣列；以及處理裝置，配置成處理與從物品的表面特征上散射并聚焦在第一焦平面內(nèi)的第一組光子和從物品的表面特征上散射并聚焦在第二焦平面內(nèi)的第二組光子相對應的光子探測器陣列信號，其中處理裝置進一步配置成用于區(qū)分物品的原生表面特征與外來表面特征。
[0005]這里呈現(xiàn)的概念的這些 以及其它的特征和方面將結合下文的附圖、說明書和權利要求書得到更好的理解。
[0006]附圖
[0007]圖1A提供了示出根據(jù)實施例的對物品的表面特征的檢測的示意圖。
[0008]圖1B提供了示出根據(jù)實施例的對物品的表面特征的檢測的示意圖。
[0009]圖2提供了示出根據(jù)實施例的從物品的表面特征散射的光子的示意圖。
[0010]圖3提供了根據(jù)實施例的用于區(qū)分外來表面特征與原生表面特征的示意圖。
[0011]圖4提供了示出根據(jù)實施例的從物品的表面特征散射穿過光學組件并且到光子探測器陣列上的光子的示意圖。
[0012]圖5提供了根據(jù)實施例的物品的表面特征圖的圖像。
[0013]圖6提供了圖4中的表面特征圖的特寫圖像。
[0014]圖7A(上)提供了來自于圖6中的表面特征圖的表面特征的特寫圖像，圖7A(下)提供了表面特征的光子散射強度分布。
[0015]圖7B(上)提供了來自圖7A的表面特征的像素插值圖像，圖7B(下)提供了表面特征的像素插值光子散射強度分布。
[0016]圖8A提供了根據(jù)實施例的具有外來表面特征和原生表面特征的物品的表面特征圖的特寫圖像，其中表面特征圖同時顯示了外來表面特征和原生表面特征。
[0017]圖SB提供了根據(jù)實施例的具有外來表面特征和原生表面特征的物品的表面特征圖的特寫圖像，其中表面特征圖示出了外來表面特征。
【具體實施方式】[0018]在仔細描述一些特定的實施例之前，本領域技術人員應當理解，這里描述和/或圖示的特定的實施例并不限制這里討論的概念，因為在這些特定的實施例中的元素可不同。同樣應當理解，這里描述和/或圖示的特定的實施例具有這樣的元素，其可以容易地從該特定的實施例中分離，并且隨意地與多個其它實施例中的任何一個結合，或者被這里描述的多個其它實施例中的任何一個中的元素替代。
[0019]本領域技術人員還應當理解，這里使用的術語，其目的是用于描述一些特定實施例，并且這些術語不能限定這里記載的概念。除非另外指明，序數(shù)(例如，第一、第二、第三等)用于區(qū)分或者標識一組元素或者步驟中的不同的元素或者步驟，并且不提供連續(xù)的或者數(shù)量的限制。例如，實施例的“第一”、“第二”以及“第三”元素或者步驟不是必須以這個順序出現(xiàn)，并且實施例也不必限定為該三個元素或者步驟。還應當理解，除非另外說明，任何的標注，例如“左邊”、“右邊”、“前邊”、“后邊”、“頂部”、“底部”、“前部的”、“倒轉的”、“順時針方向的”、“逆時針方向的”、“上”、“下”或者其它相似的術語，例如“上部的、“下部的”、“尾部的”、“前部的”、“垂直的”、“水平的”、“接近的”、“末梢的”以及類似術語只是為了便利，而并不意圖暗示例如任何特別固定的位置、朝向或者方向。相反，這樣的標注用于影響例如相對的位置、朝向或者方向。還應當理解，單數(shù)形式的“一”、“一個”或者“該”包括多個指代，除非本文清楚地另外規(guī)定。
[0020]除非另外限定，這里使用的所有技術和科學術語具有與本領域技術人員共同理解相同的含義。
[0021]可檢查生產(chǎn)線上制備的物品以檢查特定的特征，該特征包括有可能降低物品或者包括物品的系統(tǒng)的性能的缺陷。例如，用于硬盤驅動器的硬盤可在生產(chǎn)線上制備，并且檢查其特定的表面特征，包括可能降低硬盤或者硬盤驅動器的性能的表面的和表面下的缺陷。這里提供了用于檢查物品以探測和/或繪制諸如表面和/或表面下的缺陷(物品的“外來特征”)之類的特定表面缺陷的設備和方法，包括區(qū)分物品的原生表面特征(例如位規(guī)則介質[“BPM”]的磁島)與這些表面和/或表面下的缺陷。下面將詳細描述本發(fā)明的實施例。
[0022]至于可能通過這里的設備和方法被檢查的物品,這樣的物品包括在生產(chǎn)的任何階段的具有一個或多個表面的任何制品或者加工件，其示例包括但不限于半導體晶片、磁記錄介質(例如，用于硬盤驅動器的硬盤，如BPM)，以及其在制造的任何階段內(nèi)的加工件。可檢查這樣的物品以檢查某些表面特征，這些表面特征包括可降低物品的性能的表面和/或表面下的缺陷，該表面和/或表面下的缺陷包括粒子和污點污染，以及包括劃痕和空隙的缺陷。為了表征上述特征(它是故障原因分析的重要步驟)，，典型地需要在不同的分析設備上的多次分析，包括光學分析和隨后的使用例如一個或多個原子力顯微鏡[“AFM”]、掃描電子顯微鏡[“SEM”] /能量散射X射線[“DEX”]以及拉曼光譜的分析。在不同的分析設備上的多次分析，以及每個分析所需要的時間可能很耗時，從而限制了故障原因分析的吞吐量。這里提供的用于檢查物品的缺陷和/或繪制表面特征的設備和方法包括區(qū)分物品的原生表面特征與外來表面特征，減少了不同的分析設備的數(shù)量以及每個分析需要的時間，從而增加故障原因分析的吞吐量。
[0023]圖1A和IB —起提供了用于探測和/或繪制物品的表面特征的示意圖，包括區(qū)分物品的原生表面特征與外來表面特征(例如，BMP的磁島)。如圖，圖1A和IB提供了設備100,其包括光子發(fā)射器110、可選的光學表征設備115、光學結構120、光子探測器陣列130以及計算機或者等價的設備140以及物品150，以及，例如物品150表面的一對差分表面特征圖160A和160B / 160B’。光子探測器陣列130可以配置成接收從物品的表面特征(例如針對表面特征圖160A)散射的第一組光子(最初從光子發(fā)射器110發(fā)出)，并且相同的光子探測器陣列130或者不同的光子探測器陣列可被配置成隨后接收從物品的表面特征散射的第二組的光子(最初從光子發(fā)射器110發(fā)出)(例如，針對表面特征圖160B / 160B’)。至于配置成接收從物品的表面特征散射的第一組光子的光子探測器陣列130，其與包括透鏡(例如，遠心透鏡)的光學結構120結合，可被聚焦在第一焦平面，其可提供用于物品的外來表面特征和原生表面特征二者的信息，這些信息可用于產(chǎn)生同時包含物品的外來表面特征和原生表面特征的表面特征圖160A。至于配置成接收從物品的表面特征散射的第二組光子的光子探測器陣列，該光子探測器陣列與包含透鏡的光學結構120結合，可被聚焦在第二焦平面，其可提供用于物品的原生表面特征的信息，這些特征可用于產(chǎn)生包括物品的原生表面特征的表面特征圖160B?？商娲?，至于配置成接收從物品的表面特征散射的第二組光子的光子探測器陣列，該光子探測器陣列與包含濾波器(例如，相干濾波器或者周期陣列調諧濾波器)的光學結構120結合，可依然聚焦在第一焦平面，其可提供物品的外來表面特征的信息，這些信息可用于產(chǎn)生包含物品的外來表面特征的表面特征圖160B’。
[0024]差分表面特征圖160A和160B / 160B’，以及任何附加的表面特征圖(例如，160C / 160CM60D / 160D’...160η / 160η’，其中索引η表示第η個表面特征圖)，或者足夠產(chǎn)生這樣的表面特征圖的信息，可被用于探測物品的表面特征和/或區(qū)分物品的原生表面特征與外來表面特征。例如，表面特征圖160Α(或者足夠產(chǎn)生表面特征圖160Α的信息)——該表面特征圖同時包括物品的外來表面特征和物品的原生表面特征——可與表面特征圖160Β(或者足夠產(chǎn)生表面特征圖160Β的信息)對比，該表面特征圖160Β包含物品的原生表面特征，來區(qū)分表面特征圖160Α中的物品的外來表面特征與同時呈現(xiàn)在表面特征圖160Α和表面特征圖160Β中的物品的原生表面特征。在另外的實施例中，表面特征圖160Α(或者足夠產(chǎn)生表面特征圖160Α的信息)——該表面特征圖160Α同時包括物品的
外來表面特征和物品的原生表面特征-可與表面特征圖160Β’(或者足夠產(chǎn)生表面特征
圖160Β’的信息)對比，該表面特征圖160Β’包含物品的外來表面特征，來區(qū)分表面特征圖160Α中的物品的原生表面特征與同時呈現(xiàn)在表面特征圖160Α和表面特征圖160Β’中的物品的外來表面特征。設備和方法限于圖1A和IB中的實施例，因為通過下文中更加詳細地描述的特征可實現(xiàn)本發(fā)明的更多的實施例。
[0025]設備可包括一個單獨的光子發(fā)射器(例如，參考圖1A和IB中的光子發(fā)射器)或者多個光子發(fā)射器。在一些實施例中，例如，設備可包括至少1、2、3、4、5、6、7、8、9或者10個光子發(fā)射器。在一些實施例中，例如，設備可包括不超過10、9、8、7、6、5、4、3、2或者I個光子發(fā)射器。上述的結合也可用于描述設備的光子發(fā)射器的數(shù)量。在一些實施例中，例如，設備可包括至少2個光子發(fā)射器，并且不超過10個光子發(fā)射器(例如在2到10個之間的光子發(fā)射器)，例如至少2個光子發(fā)射器并且不超過6個光子發(fā)射器(例如在2到6個之間的光子發(fā)射器)，包括至少2個光子發(fā)射器并且不超過4個光子發(fā)射器(例如在2到4個之間的光子發(fā)射器)。可使用單個光子發(fā)射器發(fā)射光子至物品的表面，例如物品的全部表面或者物品的表面的預定部分(例如如果需要，為了分段檢查而漸次地旋轉物品)；多個光子發(fā)射器中的每一個都可用于在任何集合、在不同的時間和/或同時發(fā)射光子至物品的表面，例如物品的全部表面或者物品的表面的預定部分。進一步關于多個光子發(fā)射器，多個光子發(fā)射器中的每一個可以是相同的或者不同的，或者它們的一些組合(例如至少2個相同的光子發(fā)射器，其余的光子發(fā)射器是不同的；至少4個相同的光子發(fā)射器，其余的光子發(fā)射器是不同的，等等)。在一些實施例中，例如設備可包括至少兩個不同的光子發(fā)射器，其中這兩個不同的光子發(fā)射器的每一個都分別配置成發(fā)射光子到物品的表面，例如物品的全部表面或者物品的表面的預定部分。
[0026]不論設備包括一個單獨的光子發(fā)射器或者多個光子發(fā)射器，每個光子發(fā)射器都可在針對一個或多個類型的特征所優(yōu)選的一個距離和/或一個角度發(fā)射光子至物品的表面，這些類型的特征將在下文仔細描述。針對一個或多個類型的特征所優(yōu)選的角度可以等于掠射角，其中掠射角是入射角的補角，而入射角是在射線入射的點處的包含入射到物品表面的發(fā)射光子的射線與法線(也就是，垂直于物品表面的線)之間的夾角。掠射角還可被描述成在射線入射的點處的包含入射到物品表面的發(fā)射光子的射線與表面之間的夾角。
[0027]圖2提供了多個包含入射到物品150的表面152的發(fā)射光子的射線，其與表面152形成掠射角。圖2還提供了多個包含反射光子的射線，其與表面的法線之間形成反射角，該反射角等于入射角。圖2還進一步提供了包含來自于從物品150的表面152上的特征154散射的光子的多個射線，該射線包括形成多個散射角的散射光子。光子發(fā)射器可在從0°至90°的掠射角范圍內(nèi)發(fā)射光子，其中0°的掠射角表示光子發(fā)射器從物品的一側發(fā)射光子至物品的表面，而其中90°的掠射角表示光子發(fā)射器從物品的正上方發(fā)射光子至物品的表面。在一些實施例中，例如，光子發(fā)射器可以這樣的掠射角發(fā)射光子至物品的表面，其中掠射角至少為 0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、7° °、75。、80°、85°或者90°。在一些實施例中，例如，光子發(fā)射器可以這樣的掠射角發(fā)射光子至物品的表面，其中掠射角不超過90°、85°、80°、75°、70°、65°、60°、55°、50°、45°、40°、35°、30°、25°、20°、15°、10°、5° 或者0°。上述的結合也可用于描述光子發(fā)射器發(fā)射光子至物品的表面的掠射角。在一些實施例中，例如，光子發(fā)射器可以這樣的掠射角發(fā)射光子至物品的表面，其中掠射角至少為0°并且不超過90° (也就是在0°和90°之間)，例如至少為0°并且不超過45° (也就是在0°和45°之間)，包括至少為45°并且不超過90° (也就是在45°和90°之間)。
[0028]光子發(fā)射器可發(fā)射光子至物品的表面，例如全部的表面或者表面的一些預先確定的部分(例如如果需要，為了分段檢查而漸次地旋轉物品)。光子發(fā)射器還可進一步發(fā)射光子至物品的全部表面或者表面的一些預先確定的部分，這樣全部的表面或者表面的預先確定的部分就一致地或者均一地被照射。物品的全部表面或者一些預先確定的部分表面的均勻照射包括但是不限于在物品的全部表面或者物品的表面的預先確定的一部分上施加單位時間內(nèi)相同的或者大致相同的光子能量(例如光子功率或者光子通量)和/或單位面積上的光子功率(例如，光子通量密度)。在輻射測量的術語中，均勻地照射包括但是不限于在物品的全部表面或者物品的表面的預先確定的一部分上施加單位時間內(nèi)相同的或者大致相同的輻射能量(例如，輻射功率或者輻射通量)和/或單位面積上的輻射功率(例如，輻照度或者輻射通量密度)。
[0029]由于光子是電磁輻射或者光的基本粒子，光子發(fā)射器或者光源可提供包括相對寬的波長范圍的光(例如，全光譜，寬光譜，紫外-可見光，可見光，紅外光等)、相對窄范圍的波長(例如，紫外光的細分，如UVA，UVB, UVC等等；可見光的細分，例如紅色，綠色，藍色等等；紅外光的細分，例如近紅外光，中紅外光等等)、或者特定的波長(例如單色光)；包括相對寬范圍頻率的光(例如，全光譜、寬光譜、紫外-可見光、可見光、紅外光等)、相對窄范圍的頻率(例如，紫外光的細分，如UVA，UVB, UVC等等；可見光的細分，例如紅色，綠色，藍色等等；紅外光的細分，例如近紅外光，中紅外光等等)、或者特定的頻率(例如單色光)、偏振的(例如線偏振、圓偏振等等)光、部分偏振的光、或者非偏振的光；和/或從相干光(例如，激光)至非相干光的具有不同程度的時間和/或空間相干性的光?？墒褂霉庾影l(fā)射器或者光源結合光學結構中的一個或者多個光學部件來提供具有上述任何性質的光。例如可使用濾光片與光子發(fā)射器或者光源結合來提供包括相對寬范圍的波長或者頻率、相對窄范圍的波長或者頻率、或者特定的波長或者頻率的光。例如還可使用偏振濾光片與光子發(fā)射器或者光源結合來提供具有希望的偏振的光，包括偏振光、部分偏振光，或者非偏振光。
[0030]如上所述，光子發(fā)射器或者光源可包括燈，例如閃光燈，包括高速閃光燈，其被配置成使用光子探測器陣列探測從物品的表面特征散射的光子，同時使振動最小。在一些實施例中，例如，光子發(fā)射器或者光源可包括高速Xe閃光燈，例如500W的Xe閃光燈，從而在使用光子探測器陣列探測從物品的表面特征散射的光子時，實現(xiàn)振動最小化。
[0031]同樣如上所述，光子發(fā)射器或者光源可包括準直光源，例如激光，包括激光的結合，被配置成以一個或者多個角度發(fā)射光子至物品的表面。在一些實施例中，例如激光的結合可被提供至激光束整形器，這樣激光的結合在一個角度發(fā)射光子至物品的表面。在一個實施例中，例如，激光的結合可提供這樣的激光束整形器，使激光的結合在多個角度發(fā)射光子至物品的表面。在一些實施例中，例如可向激光束整形器提供至少2、4、6、8、10、12、14、
16、18、20、22、24、26、28或者30個激光器，甚至超過30個激光器，這樣激光器的結合在一個或者多個角度發(fā)射光子至物品的表面。在一些實施例中，例如，可向激光束整形器提供不超過30、28、26、24、22、20、18、16、14、12、10、8、6、4或者2個激光器，這樣激光器的結合在一個或者多個角度發(fā)射光子至物品的表面。上述的結合也可用于描述被提供至激光束整形器的激光器的結合。在一些實施例中，例如，至少2個激光器和不超過30個激光器(也就是在2個到30個激光器之間)，例如至少10個激光器和不超過30個激光器(也就是在10個到30個激光器之間)，包括至少20個激光器和不超過30個激光器(也就是在20個到30個激光器之間)，并且進一步包括至少24個激光器和不超過28個激光器(也就是在24個到28個激光器之間)可被提供給激光束整形器，這樣激光器的結合在一個或者多個角度發(fā)射光子至物品的表面。
[0032]進一步如上所述，光子發(fā)射器或者光源可包括二維光源(例如點光源的結合)，包括點光源的線性結合或者陣列、拱形的結合或者陣列等等配置成發(fā)射光子至物品的表面。在一些實施例中，例如，二維光源可包括至少10、20、40、60、80、100、120、140、160、180或者200個點光源、甚至超過200個點光源的結合。在一些實施例中，例如，二維光源可包括不超過200、180、160、140、120、100、80、60、40、20或者10個點光源的結合。上述的結合也可用于描述包括點光源的結合的二維光源。在一些實施例中，例如，二維光源可包括至少10個并且不超過200個(例如在10到200之間)的點光源的結合，例如至少40個并且不超過160個(例如在40到160之間)的點光源的結合，并且進一步包括至少80個并且不超過120個(例如在80到120之間)的點光源。這樣的點光源可以二維陣列的行或者列結合，包括線性結合形成二維的光源，例如條形光源。這樣的點光源可拱形地結合形成二維點光源，例如環(huán)形光。在一些實施例中，例如，光子發(fā)射器或者光源可包括含有至少60個點光源的二維光源，例如含有至少60個點光源的環(huán)形光，包括含有至少60個發(fā)光二極管(“LED”)的環(huán)形光，并且進一步包括含有至少100個LED的環(huán)形光。包括多個LED的二維光源可包括白色LED，其中每一個LED具有至少IOmW的功率。基于LED的環(huán)形光可加強特征例如劃痕(例如圓周的劃痕)和/或在物品表面的孔隙，特別是當LED基的環(huán)形光配置成以較低的角度(例如掠射角等于或者小于45° )發(fā)射光子至物品的表面時。
[0033]設備可進一步包括光學結構(例如，參考圖1A和IB中的光學結構120)，該光學結構可操作從一個或者多個光子發(fā)射器發(fā)出的光子和/或從物品的表面特征散射的光子。由于光子是電磁輻射或者光的基本粒子，光學結構可操作從一個或者多個光子發(fā)射器發(fā)出的光/從物品的表面特征散射的光。光學結構可包括多個光學部件中的任一個，這些光學部件被置于光路中物品之前，這樣可使用這些光學部件在從一個或者多個光子發(fā)射器中發(fā)出的光子一致地或者均勻地照射物品的全部表面或者表面的預先確定的部分之前，操縱這些光子?？商娲鼗蛘吡硗獾?，光學結構可包括任何數(shù)量的光學部件，其布置在光路中物品的后面，這樣可使用這些光學部件來操縱從物品的表面特征散射的光子。當任何數(shù)量的光學部件布置在光路中物品的后面來操縱從物品的表面特征散射的光子時，光學部件還可進一步用于區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征。用于區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征的光學部件在這里被進一步稱為光學區(qū)分裝置。上述的光學部件(包括光學區(qū)分裝置)可包括但是不限于例如透鏡、濾光器、光柵以及平面鏡之類的光學部件。
[0034]至于光學部件例如透鏡，光學結構可包括單個透鏡或者多個透鏡，包括但是不限于透鏡與光子探測器陣列的結合(也就是透鏡-光子探測器陣列的結合)，其被配置成收集和探測從物品的表面特征散射的光子。與光子探測器陣列耦合的透鏡可具有入射光瞳和出射光瞳，并且其它的光學部件例如透鏡(例如，除了與光子探測器陣列耦合的透鏡之外的透鏡)、濾光器、光柵以及平面鏡可在與光子探測器陣列耦合的透鏡的入射光瞳處或者附近、在與光子探測器陣列耦合的透鏡的出射光瞳處或者附近(也就是在透鏡的出射光瞳和光子探測器陣列之間)、或者它們的一些組合處被設置成與一個或者多個光學部件結合，來操縱從物品的表面特征散射的光子。與光子探測器陣列耦合的透鏡可以是物鏡，例如遠心透鏡，包括物鏡-空間的遠心透鏡(也就是在無限距的入射光瞳)、圖像-空間的遠心透鏡(也就是在無限距的出射光瞳)或者雙遠心透鏡(也就是無限距的兩個光瞳)。將遠心透鏡耦合至光子探測器陣列降低了關于物品的表面特征的位置的誤差，減小了物品的表面特征的失真，能夠實現(xiàn)從物品的表面特征散射的光子的數(shù)量分析，該數(shù)量分析包括用于物品的表面特征的大小判定的光子散射強度分布的綜合。當透鏡-光子探測器陣列的結合配置成差分地聚焦至一個或者多個焦平面時，該透鏡-光子探測器陣列的結合就可用于區(qū)分物品的原生表面特征(例如，BMP的磁島)與物品的外來表面特征，如結合圖1A和IB所述的那樣。
[0035]參考圖1A和1B,表面特征圖160A可從發(fā)出并且隨后從物品的表面特征散射的第一組非相干光子產(chǎn)生，該隨后散射的第一組非相干光子被聚焦在第一焦平面的透鏡-光子探測器陣列的結合收集和探測；表面特征圖160B可從發(fā)出并且隨后從物品的表面特征散射的第二組非相干光子得到，該隨后散射的第二組非相干光子被聚焦在第二焦平面的透鏡-光子探測器陣列的結合收集和探測。這樣的差分表面特征圖160A和160B可被用于(例如，比較)區(qū)分物品的原生表面特征(例如，BMP的磁島)與物品的外來表面特征。可選擇地，物品的外來表面特征的復合表面特征圖可隨后從差分表面特征圖160A(例如，物品的外來表面特征和物品的原生表面特征)和160B(例如，物品的原生表面特征)或者足夠產(chǎn)生表面特征圖160A和160B的信息來產(chǎn)生。在實際中，任何數(shù)量的差分表面特征圖(例如，160A、160B、160C...160η，其中標記η表示在第η個焦平面的第η個表面特征圖)或者足夠產(chǎn)生這些表面特征圖的信息可被用于達到上述目的。
[0036]如上所述，透鏡-光子探測器陣列的結合可被配置成差分地聚焦在一個或者多個焦平面，從而區(qū)分物品的原生表面特征(例如，BMP的磁島)與物品的外來表面特征。當透鏡-光子探測器陣列的結合被聚焦到第一焦平面(如圖3中的第一焦平面)時，該透鏡-光子探測器陣列的結合可用于收集并且探測從外來表面特征154Α和原生表面特征154Β散射的光子。發(fā)射至外來表面特征154Α和原生表面特征154Β的光子可以是非相干的，如這里所述，并且第一焦平面與圖3中示出的物品表面是一致的。當透鏡-光子探測器陣列的結合聚焦在第二焦平面(如圖3中的第二焦平面)時，該透鏡-光子探測器陣列的結合可用于收集并且探測從原生表面特征154Β散射的光子。發(fā)射至外來表面特征154Α和原生表面特征154Β的光子可以是非相干的，如這里所述，并且該第二焦平面在第一焦平面上面高度ζ處，或者在物品的表面上高度ζ處，如圖3所示。該高度ζ是關于物品的原生表面特征的間隔的函數(shù)、發(fā)射并且隨后從物品的原生表面特征彈性散射的光子的波長的函數(shù)，或者是關于物品的原生表面特征的間隔和發(fā)射并且隨后從物品的原生表面特征彈性散射的光子的波長二者的函數(shù)。不受理論的限制，從原生表面特征例如BMP的周期性的磁島彈性散射的光子維持入射光子(例如從一個或者多個光子探測器發(fā)出的光子)的相干性，并且在高度ζ相長地干涉，以實現(xiàn)在第二焦平面內(nèi)有效的原生特征的探測。外來表面特征(例如外來的有機的表面特征或者外來的無機的表面特征)不能維持入射光的相干性(當這樣的光子發(fā)生非彈性散射時)。
[0037]至于光學部件例如濾光器，光學結構可包括一個濾光器或者多個濾光器，包括但是不限于，波長濾光器、帶通濾光器、偏振濾光器、相干性濾光器、周期陣列調諧濾光器以及相位濾光器。當一個或者多個這樣的濾光器布置在光路中物品的后面用于操縱從物品的表面特征散射的光子時，該一個或者多個濾光器可用于區(qū)分物品的原生表面特征(例如，BMP的磁島)與物品的外來表面特征。在一些實施例中，例如，光學區(qū)分裝置(諸如光學區(qū)分濾光器)可被放置在與光子探測器陣列耦合的透鏡(例如，遠心透鏡)的入射光瞳處或者附近。在一些實施例中，例如，光學區(qū)分裝置(諸如光學區(qū)分濾光器)被放置在與光子探測器陣列耦合的透鏡(例如，遠心透鏡)的出射光瞳處或者附近。
[0038]參考圖1A和1Β,表面特征圖160Α可由從物品的表面特征散射的第一組光子產(chǎn)生，而表面特征圖160Β’可由從物品的表面特征散射并且隨后由光學區(qū)分裝置115處理的第二組光子產(chǎn)生，例如隨后由光學區(qū)分濾光器例如相干性濾光器或者周期性陣列-調諧濾光器(也就是調諧至物品的原生表面特征的周期的濾光器，例如BMP的磁島的周期)過濾。這樣的差分表面特征圖160Α和160Β’或者足夠產(chǎn)生這樣的差分表面特征圖160Α和160Β’的信息可用于(例如比較)區(qū)分物品的原生表面特征(例如，BMP的磁島)與物品的外來表面特征?？蛇x擇地，物品的外來表面特征的復合表面特征圖可隨后從差分的表面特征圖160A(例如，物品的外來表面特征和物品的原生表面特征)和160B’(例如，通過光學區(qū)分濾光器如相干性濾光器或者周期性陣列-調諧濾光器的物品的外來表面特征)，或者從足夠產(chǎn)生表面特征圖160A和160B’的信息來產(chǎn)生，其中該復合的表面特征圖沒有任何與濾光相關的影響。在實際中，任何數(shù)量的差分表面特征圖(例如，160A、160B、160C...160η，其中標記η表示第η個表面特征圖)或者足夠產(chǎn)生這樣的表面特征圖的信息都可用于實現(xiàn)上述目的。
[0039]如上所述，一個或者多個相干性或者周期的陣列調諧濾光器可用于通過相干性來過濾從物品的表面特征散射的光子，從而區(qū)分相干的散射光子中可知的表面特征(例如，原生表面特征，如BMP的磁島)與非相干散射光子中可知的表面特征(例如，外來的表面特征，如有機的表面特征)。光學結構中也可以不存在相干性濾光器或者周期的陣列調諧濾光器來用于第一過程的物品的光學分析(例如用于根據(jù)非相干的光子/光來產(chǎn)生圖8Α中的表面特征圖)，并且相干性濾光器或者周期的陣列-調諧濾光器可以是光學結構的一部分(例如，布置在與光學探測器陣列耦合的遠心透鏡的入射光瞳或者出射光瞳處或者附近)，用于主動地通過相干性濾光來用于物品的第二過程的光學分析(例如，用于根據(jù)非相干的或者相干的光子/光來產(chǎn)生圖8Β中的表面特征圖160Β’ )。對于任何隨后的對物品的光學分析(例如，用于產(chǎn)生表面特征圖160C...160η，其中標記η表示第η個表面特征圖)的諸個過程，來自于之前過程的相干性濾光器和周期的陣列-調諧濾光器可從光學結構中移除，并且不同的相干性濾光器或者不同的周期的陣列-調諧濾光器隨后插入到光學結構中(例如，布置在與光學探測器陣列耦合的遠心透鏡的入射光瞳或者出射光瞳處或者附近，用于通過相干性主動地濾光)。除了通過相干性來主動地濾光從而在物品的外來表面特征和物品的原生表面特征之間進行區(qū)分，通過相干性的主動的濾光還可用于在外來表面特征之間進行區(qū)分，包括在外來的有機的表面特征和外來的無機的表面特征之間區(qū)分，因為這些有機的表面特征可表現(xiàn)出光子的非相干性散射，而這些無機的表面特征可表現(xiàn)出光子的非相干性或者相干性散射。通過相干性的主動濾光甚至還可進一步應用于在不同的外來無機的表面特征中進行區(qū)分，由于不同的外來無機表面特征可相對于相干性以不同的方式散射光子。
[0040]為了探測從物品的表面特征散射的光子，設備還可進一步包括單獨的光子探測器陣列(例如，參考圖1A和IB中的光子探測器陣列130)，其中包含有多個光子探測器或者多個光子探測器陣列，每一個光子探測器陣列又包括多個光子探測器。在一些實施例中，例如，多個光子探測器陣列可包括至少2、3、4、5、6、7、8、9或者10個光子探測器陣列。在一些實施例中，例如，所述多個光子探測器陣列可包括不超過10、9、8、7、6、5、4、3或者2個光子探測器陣列。上述的組合也可用于描述多個光子探測器陣列。在一些實施例中，例如，多個光子探測器陣列可包括至少2個光子探測器陣列，并且不超過10個光子探測器陣列(例如在2到10個光子探測器陣列之間)，例如至少2個光子探測器陣列，并且不超過5個光子探測器陣列(例如在2到5個光子探測器陣列之間)。進一步關于多個光子探測器陣列，所述多個光子探測器陣列中的每一個光子探測器陣列可以是相同的或者不同的，或者它們的組合(例如，至少2個相同的光子探測器陣列，而其余的光子探測器陣列是不同的；至少3個相同的光子探測器陣列，而其余的光子探測器陣列是不同的；等等)。
[0041]不論設備包括一個單獨的光子探測器陣列還是多個光子探測器陣列，每個光子探測器陣列都可定向為在一定距離和/或一定角度探測從物品的表面特征散射的光子，以實現(xiàn)從一種或者多種類型的特征散射的光子最優(yōu)的接收(例如，光子最大量的接收并且最小的背景噪聲)，其中特征的類型將在本文更加詳細地描述。同樣地，透鏡-光子探測器陣列的結合可定向為在一定距離和/或一定角度收集和探測從物品的表面特征散射的光子，以實現(xiàn)從一種或者多種類型的特征散射的光子的最優(yōu)的接收。這樣的角度可以是位于延伸到物品的表面的包括透鏡和/或光子探測器陣列的中心軸的射線與位于射線延伸的點的法線(也就是垂直于物品的表面)之間的的角度。該角度，優(yōu)選地與孔徑結合，該孔徑的大小可變化以接收更大或者更小角度的散射光子(例如，用于不同的表面特征圖)，或者優(yōu)選地與孔徑結合，該孔徑可最優(yōu)地改變大小以便散射光子最大量的接收，并且具有最小的背景噪聲，可分別實現(xiàn)具有多個散射角的散射光子的接收，其中散射的光子可分別地從一種或者多種類型的特征上散射。散射角可以不同于反射角，其中反射角等于入射角，如本文所述。圖2提供了包括從物品150的表面152上的特征154散射的光子的多個射線，其中射線表示不同的散射角。
[0042]如上所述，光子探測器陣列或者透鏡-光子探測器陣列的組合可被定向為在從0°到90°的范圍內(nèi)的角度，包括二者，其中0°的角度表示光子探測器陣列或者透鏡-光子探測器陣列的組合在物品的一側的定向，而其中90°的角度表示光子探測器陣列或者透鏡-光子探測器陣列的組合定向在物品的正上方。在一些實施例中，例如，光子探測器陣列或者透鏡-光子探測器陣列的組合可被定向在至少0°、5°、10°、15°、20°、25°、30。、35。、40。、45。、50。、55。、60。、65。、70。、75。、80。、85?；蛘?90。的角度。在一些實施例中，例如，光子探測器陣列或者透鏡-光子探測器陣列的組合可被定向在不超過90° 、85。 、80。 、75。 、70。 、65。 、60。 、55。 、50。 、45。 、40。 、35。 、30。 、25。 、20。、15°、10°、5°或者0°的角度。上述的結合也可用于描述光子探測器陣列或者透鏡-光子探測器陣列的組合可能定向的角度。在一些實施例中，例如，光子探測器陣列或者透鏡-光子探測器陣列的組合可被定向在至少0°并且不超過90°的角度(也就是在0°和90°之間)，例如至少0°并且不超過45° (也就是在0°和45°之間)，或者至少45°并且不超過90° (也就是在45°和90°之間)。
[0043]光子探測器陣列，優(yōu)選與透鏡(例如，遠心透鏡)結合，可探測從物品的表面特征散射的光子，例如物品的全部表面或者一些預先確定的部分表面。光子探測器陣列，優(yōu)選與透鏡(例如，遠心透鏡)結合，可探測從物品的表面特征散射的光子，例如物品的全部表面或者一些預先確定的部分表面，同時定向在一個距離和/或一個角度，用于實現(xiàn)從一種或者多種類型的特征散射的光子的最優(yōu)的接收(例如，最大的光子接收并且具有最小的背景噪聲)。如本文所呈現(xiàn)的，用于從一種或者多種類型的特征散射的光子的最優(yōu)的接收的角度可允許分別具有多個散射角的散射光子的接收，該散射光子可分別從一種或者多種類型的特征散射。
[0044]由于光子是電磁輻射或者光的基本粒子，光子探測器陣列或者光探測器陣列可探測包含相對寬的波長范圍的光(例如，全光譜，寬光譜，紫外-可見光，可見光，紅外光等)，相對窄范圍的波長(例如，紫外光的細分，如UVA，UVB, UVC等等；可見光的細分，例如紅色，綠色，藍色等等；紅外光的細分，例如近紅外光，中紅外光等等)，或者特定的波長(例如單色光)；包括相對寬范圍頻率的光(例如，全光譜，寬光譜，紫外-可見光，可見光，紅外光等)，相對窄范圍的頻率(例如，紫外光的細分，如UVA，UVB, UVC等等；可見光的細分，例如紅色，綠色，藍色等等；紅外光的細分，例如近紅外光，中紅外光等等)，或者特定的頻率(例如單色光)；偏振的(例如線偏振、圓偏振等等)光，部分偏振的光，或者非偏振的光；和/或從相干光(例如，激光)至非相干光的具有任何的不同程度時間和/或空間相干性范圍的光。如本文所述，光子探測器陣列或者光探測器陣列可用于與光學結構的一個或者多個光學部件結合，以探測具有任何上述性質的光。
[0045]光子探測器陣列可包括多個像素傳感器，其中像素傳感器中每一個又包括與電路相耦合的光子探測器(例如，光電二極管)，其中電路中包括配置用于放大的三極管。包含這些像素傳感器的光子探測器陣列的特征包括，但是不限于，低溫操作(例如，低于-40°C )，低光子噪聲(例如，2-10e_RMS ;le_RMS ；< le_RMS ;等等)，寬的動態(tài)范圍(例如，30, 000: 1,8, 500: I ；3, 000: I ;等等)和/或降低的光子/光收集時間。光子探測器陣列可包括布置成二維陣列的行和列的很大數(shù)量的光子傳感器(例如，> 1，000，000或者^ IM像素傳感器)，其中每個像素傳感器包括一個與放大器連接的光子探測器。在一些實施例中，例如，光子探測器陣列可包括至少1M、2M、3M、4M、5M、6M、7M、8M、9M、IOM或者更多的布置在二維陣列的行和列中的像素傳感器。在一些實施例中，例如，光子探測器陣列可包括布置在二維陣列的行和列中的不超過10M、9M、8M、7M、6M、5M、4M、3M、2M或者IM的像素傳感器。上述的組合也可用于描述光電探測器陣列中像素傳感器的數(shù)量。在一些實施例中，例如，光子傳感器陣列可包括布置在二維陣列的行和列中的至少IM并且不超過IOM(例如，在IM和IOM之間)的像素傳感器，例如至少IM并且不超過8M(例如，在IM和8M之間)的像素傳感器，包括至少IM并且不超過6M(例如，在IM和6M之間)的像素傳感器，進一步包括至少2M并且不超過6M(例如，在2M和6M之間)的像素傳感器，甚至進一步包括至少2M并且不超過5M(例如，在2M和5M之間)的像素傳感器。
[0046]由于物品的表面特征引起的表面反射和/或小角散射(例如,4 散射)，表面特征可在尺寸上顯現(xiàn)出放大很多，從而能夠使用比表面特征大的像素傳感器。在一些實施例中，例如，光子探測器陣列可包括微米尺寸的(也就是，允許測量Pm單元)像素傳感器，其最小尺寸為至少 I μ m、2 μ m、3 μ m、4 μ m、5 μ m、6 μ m、71 μ m、8 μ m、9 μ m 或者 10 μ m。在一些實施例中，例如，光子探測器 陣列可包括微米尺寸的像素，其最小尺寸不超過10 μ m、9 μ m、8 μ m、7 μ m、6 μ m、5 μ m、4 μ m、3 μ m、2 μ m或者I μ m。上述的結合也可用于描述光子探測器陣列中的微米尺寸的像素傳感器的尺寸。在一些實施例中，例如，光子傳感器陣列可包括微米尺寸的像素傳感器，其最小尺寸為至少I μ m并且不超過10 μ m (例如在I μ m到10 μ m之間)，例如至少Iym并且不超過7 μ m(例如在I μ m到7 μ m之間),包括至少4 μ m并且不超過10 μ m(例如在4 μ m到10 μ m之間),并且進一步包括至少4 μ m并且不超過7 μ m(例如在4 μ m到7 μ m之間)。這樣的微米尺寸的像素傳感器可用于探測和/或繪制物品的表面特征的設備中，包括區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征，其中所述表面特征比微米尺寸的像素傳感器小超過100倍。
[0047]如上所述，單一的光子探測器陣列或者多個光子探測器陣列中的每一個包括互補金屬氧化物半導體(CMOS)或者科學互補金屬氧化物半導體(sCMOS)，其中的每一個可優(yōu)選地分別是CMOS照相機或者sCMOS照相機的一部分。可替代地，單一的光子探測器陣列或者多個光子探測器陣列中的每一個包括電荷耦合器件(CCD)，其可優(yōu)選地是CCD照相機的一部分。雖然基于CCD的光子探測器陣列可能具有比基于CMOS的或者基于sCMOS的光子探測器陣列慢的記錄速度，但是基于CCD的光子探測器陣列可能是需要較小的電子和/或圖像噪聲的應用中所希望的?；贑CD的光子探測器陣列(包括電子倍增CCD (EMCCD))，在具有低的光照條件的特定應用中也可能是所希望的。而且，多個光子探測器陣列不限于或者是基于CMOS / sCMOS的光子探測器陣列，或者基于CCD的光子探測器陣列的組合，而多個光子探測器陣列在應用中可包括任何數(shù)量的基于CMOS / sCMOS的光子探測器陣列和基于CCD的光子探測器陣列的組合，使用每種類型的技術是有好處的。在一些實施例中，例如，基于CMOS / sCMOS的光子探測器陣列可用于在具有對基于CMOS / sCMOS的光子探測器陣列來說足夠的光的特定應用中探測從物品的表面特征散射的光子，而基于CCD / EMCCD基的光子探測器陣列可用于在具有對基于CMOS / sCMOS的光子探測器陣列來說太少的光的特定應用中探測從物品的表面特征散射的光子。
[0048]圖4提供了用于探測物品的表面特征的示意圖，示出了包括光學結構和光子探測器陣列的設備的特寫的截面圖。如圖所示，物品150包括表面152和至少表面特征154。光子可由表面特征154散射，并且由包括與光子探測器陣列130耦合的光學結構120的組合收集和探測，其中該組合可被放置在用于最優(yōu)的光子接收(例如，對光子的最大的接收，并且具有最小的背景噪聲)的一個距離和/或一個角度，所述光子從一個或者多個類型的特征被散射。光學結構120 (其可包括遠心透鏡)可收集并且將從表面特征154散射的光子聚焦到光子探測器陣列130的一個或者多個像素傳感器132上，其中一個或者多個像素傳感器的每一個可包括與放大器耦合的光子探測器(例如，基于CMOS / sCMOS的光子探測器陣列；基于EMCCD的光子探測器陣列等)。該一個或者多個像素傳感器132中的每一個對應著物品的表面的特定的固定部分和物品的表面特征圖中的像素，該一個或者多個像素傳感器132可向計算機或者等價的裝置提供一個或者多個信號，用于繪制或者采用其它的方式確定如圖所示的表面特征154的位置，例如，在圖7A中，其是圖6中提供的表面特征圖的特寫圖像，而圖6是圖5中提供的表面特征圖的特寫圖像。計算機或者等價的裝置可隨后使用像素內(nèi)插來進一步繪制如圖7B所示的表面圖像154的圖。
[0049]基于可能包括物品的類型、表面特征的類型(例如，粒子、污點、劃痕、空隙等)以及類似物的因素，有時需要增加單個的光子探測器陣列或者多個光子探測器陣列的探測時間，以探測更多的光子，用于探測和/或繪制物品的表面特征圖，包括區(qū)分物品的原生表面特征(如BMP的磁島)與物品的外來表面特征。在一些實施例中，例如，可增加單個的光子探測器陣列或者多個光子探測器陣列的探測時間，以探測更多的光子。在這樣的實施例中，基于CCD的光子探測器陣列，包括光子倍增EMCCD可用于進一步探測更多的光子?？蛇x擇地，或者另外，有可能希望增加從單個的光子發(fā)射器或者多個光子發(fā)射器發(fā)出的光子的數(shù)量，以便提供用于探測和/或繪制物品的表面特征的散射的光子的增加，包括區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征。光子能量的這樣的增加可以是相對于單位時間的，以用于增加光子的功率或者光子的通量，或者是相對于單位面積的，以用于增加光子的通量密度。可選擇增加光子能量或者探測時間中的一個，或者兩個都選擇，或者除了增加增加光子能量和探測時間外，有時還希望盡量減小背景噪聲，包括來自一個或者多個光子發(fā)射器的雜散光、背景光和/或背景熒光輻射。
[0050]設備還可進一步包括一個或者多個計算機或者等價裝置(例如,包括初級和/或次級存儲器，以及一個或者多個可操作來實施算法和邏輯操作的處理元件的裝置)，包括但是不限于，服務器，工作站，臺式計算機，上網(wǎng)機，筆記本電腦，上網(wǎng)本，以及移動設備例如手寫板和智能手機，該計算機或者等價裝置可包括專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等等。計算機或者等價裝置可包括用于指令的計算機可讀的存儲介質，這些指令使設備可操作用于，但是不限于，傳輸每個物品至設備用于檢查；定位每個物品用于檢查，優(yōu)選地包括為了分段檢查而漸次地旋轉物品；夾持或者用其它的方式保持每個物品的位置用于檢查；向光學結構中插入光學部件，例如，使用機械的執(zhí)行機構；定位光學部件用于檢查；調節(jié)光學部件(例如聚焦透鏡)和/或調諧光學部件(例如，基于壓電的波長濾光器；基于壓電的偏振濾光器，等等)用于檢查；從光學結構中移除光學部件；移動每個光子發(fā)射器至用于檢查的位置，其中該用于檢查的位置可包括針對一種或者多種類型的特征優(yōu)化的光子發(fā)射器-物品的距離和/或角度(例如，掠射角)；調節(jié)每個光子發(fā)射器打開或者關閉，或者在用于發(fā)射光子和不發(fā)射光子的模式之間；移動每個光子探測器陣列至用于檢查的位置，其中該用于檢查的位置可包括針對一種或者多種類型的特征優(yōu)化的光子發(fā)射器-物品的距離和/或角度(例如，掠射角)；使每個光子探測器陣列在打開或者關閉之間切換，或者在用于探測光子和不探測光子的模式之間切換；根據(jù)光子發(fā)射-光子探測的計劃使每個光子發(fā)射器與每個光子探測器同步；根據(jù)散射的光子處理光子探測器陣列的信號，可選地包括用于關于表面特征位置的更好的精確度的像素內(nèi)插(例如，10倍地優(yōu)于像素大小)；根據(jù)光子探測器陣列的信號或者處理過的光子探測器陣列的信號(例如，光子散射強度分布)繪制或者用其它方式確定物品的表面特征的位置；定量地和/或定性地表征物品的表面特征，包括區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征；記錄物品的表面特征；并且根據(jù)物品的表面特征確定趨勢。
[0051]設備可被配置成探測和/或繪制物品的表面特征，包括區(qū)分物品的原生表面特征(例如，BMP的磁島)與物品的外來表面特征，其中所述表面特征是納米量級的(也就是，測量時允許nm單位)或者其最小的尺寸(例如，長度、寬度、高度，或者深度，取決于表面特征)是很小的，該表面特征可能小于從設備的光子發(fā)射器發(fā)出的光子的波長。然而，該設備不限定于物品的納米尺度的或者更小的表面特征，因為該設備可被配置成探測和/或繪制物品的表面特征，包括區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征，其中所述表面特征是微米大小的(也就是，測量時允許Pm單位)，或者更大。在一些實施例中，例如，設備可配置成探測和/或繪制物品的表面特征，包括區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征，其中所述表面特征在其最小維度上小于500nm、250nm、200nm、150nm、125nm、llOnm、100nm、90nm、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm、IOnm 或者 Inm ( 1θΑ)，或者甚至更小，例如物品的表面特征在其最小維度上小于9人、8人、7人、6人、5人、4人、3人、2人或者1A。如上所述，并且在一些實施例中，例如，設備可被配置成探測和/或繪制物品的表面特征，包括區(qū)分物品的原生表面特征與外來表面特征，其中表面特征在0.1nm至IOOOnm之間，例如，在0.1nm至500nm之間，包括在0.1nm至250nm之間，并且進一步包括在0.1nm至IOOnm之間，并且進一步包括0.1nm至80nm之間。
[0052]設備可被配置成探測和/或繪制物品的外來表面特征，包括含有粒子污染的表面和/或表面下的缺陷，其中粒子在其最小的維度(例如，長度、寬度或者高度)是納米大小的(也就是，測量時允許nm單位)或者更小。在一些實施例中，例如，可被配置成探測和/或繪制其最小的維度小于125nm的表面和/或表面下的粒子,例如小于lOOnm，包括小于80nm,并且進一步包括小于10nm。探測和/或繪制表面和/或表面下的粒子，直到其高度小于IOnm的量級，這對硬盤驅動器所用的硬盤來說是很重要的，因為高度大于IOnm的粒子(例如，從表面)可能污染硬盤和硬盤驅動器的讀寫頭之間的空間。在一些實施例中，例如，設備可被配置成探測和/或繪制表面的和/或表面下的粒子，其高度小至4nm或者小于 4nm。
[0053]設備可被配置成探測和/或繪制物品的外來表面特征，包括表面的和/或表面下的含有劃痕(例如，圓形劃痕)的缺陷，其中劃痕在其最小維度(例如，長度、寬度或者深度)是微米大小的(也就是，測量時允許Pm單位)或者更小，例如納米大小的(也就是，測量時允許nm單位)或者更小，例如埃大小的(也就是，測量時允許A單位)或者更小。置于微米大小的劃痕，設備可配置成探測和/或繪制從例如I μ m至1000微米長度的劃痕，該長度可顯著地長于從設備的光子發(fā)射器發(fā)出的光子的波長。在一些實施例中，例如，設備可配置成探測和/或繪制劃痕長度小于1000 μ m的劃痕,例如小于500 μ m,包括小于250 μ m,進一步包括小于100 μ m,甚至進一步包括小于50 μ m。置于納米尺度的劃痕，設備可配置成探測和/或繪制從劃痕的寬度例如Inm至500nm的劃痕。在一些實施例中，例如，設備可配置成探測和/或繪制劃痕的寬度小于500nm，例如小于250nm，包括小于lOOnm，進一步包括小于50nm，甚至進一步包括小于15納米的劃痕。令人驚奇的是，由于高水平的空間相干性，設備可配置成探測和/或繪制劃痕深度在埃尺度的劃痕。在一些實施例中，例如，設備可配置成探測和/或繪制劃痕深度小于50人，例如小于25A，包括小于10人，進一步包括小于5A，甚至進一步包括小于I人(例如，0.5人)的劃痕。例如，設備可配置成探測和/或繪制長度小于500 μ m,寬度小于IOOnm,深度小于5θΑ的劃痕。
[0054]設備可操作用于精確地和/或精密地繪制或用其它方式確定物品表面的特征的位置(例如，圖7A(上)和7B(下))。至于精確度，設備可操作用于繪制或用其它方式將物品表面的特征的位置確定在微米尺度(也就是，測量時允許Pm單位)的半徑內(nèi)或者更高。在一些實施例中，例如，設備可操作用于精確地繪制或用其它方式將物品表面的特征的位置確定在 100 μ m、90 μ m、80 μ m、70 μ m、60 μ m、50 μ m、40 μ m、30 μ m、20 μ m、10 μ m、9 μ m、8μηι、7μηι、6μηι、5μηι、4μηι、3μηι、2μηι或者I μ m的半徑內(nèi)，或者更高。上述的結合也可用于描述設備繪制或者用其它方式確定特征在物品表面上的位置的精確度。在一些實施例中，例如，設備可操作用于精確地繪制或者以其它方式將物品表面特征的位置確定在從I μ m到100 μ m的半徑范圍內(nèi)，例如從I μ m到50 μ m,包括從I μ m到30 μ m,并且進一步包括從 5 μ m 至Ij 10 μ m。
[0055]除了精確地和/或精密地繪制或者以其它方式確定物品表面上的特征的位置，設備可操作用于精確地和/或精密地確定物品表面上的特征的散射光子強度的分布(例如，圖7A(下)和7B(下))。這樣的光子散射強度分布可用于定性地以及定量地確定物品的表面特征。
[0056]至于物品表面特征的定量的表征，光子散射強度分布的數(shù)學積分提供了物品表面特征的大小(例如，體積)。物品表面特征的定量表征可進一步包括確定物品上表面特征的位置，如本文所述。定量的表征還可進一步包括每個物品上表面特征的總的數(shù)量，或者每個物品上單位面積上表面特征的數(shù)量，以及物品上每種類型的表面特征的數(shù)量。這樣的特征信息可記錄多個物品，用于改正生產(chǎn)趨勢，因為這樣的特征包括表面的和/或表面下的缺陷，可能會降低物品的性能。
[0057]至于物品表面特征的定性表征，定性的表征可包括確定物品表面特征的種類(例如，粒子、污物、劃痕、孔隙等)，這樣的確定可通過，但是不限于，分析光子散射強度的分布來實現(xiàn)。定性的表征還可進一步包括基于，例如具有不同程度的時間和/或空間相干性的、非相干地或者相干地散射光子來區(qū)分外來表面特征與原生表面特征。差分地聚焦在一個或多個焦平面或者使用一個或者多個光學區(qū)分設備可以提供這樣的信息、部分這樣的信息或者用其它的方式組合用于產(chǎn)生描述該信息的差分圖，例如圖1中的差分表面特征圖160A和160B / 160B’。在一些實施例中，例如，物品的一個或者多個表面特征的定性表征可包括對比來自于第一焦平面的信息和來自第二焦平面的光子散射信息，或者對比從來自于第一焦平面的光子散射信息得到的表面特征圖與來自于第二焦平面的光子散射信息得到的表面特征圖。在一些實施例中，例如，物品的一個或者多個表面特征的定性表征可包括對比沒有光學區(qū)分設備(例如，光學區(qū)分濾光器)的光子散射信息與使用一個或者多個光學區(qū)分設備的光子散射信息，或者對比由不存在光學區(qū)分信息時產(chǎn)生的第一表面特征圖和使用一個或者多個光學區(qū)分設備產(chǎn)生的第二表面特征圖(或者多個表面特征圖)。與定量表征信息一起，這樣的定性表征信息可用于對多個物品進行分離，用于改正生產(chǎn)趨勢，因為這樣的特征包括可能會降低物品的性能的表面的和/或表面下的缺陷。
[0058]這里描述的裝置可被配置成以這樣的速度處理或者檢查物品，該速度大于物品或者其工件生產(chǎn)的速度，或者與其相當。在一些實施例中，例如，裝置可配置成以每秒至少1、
2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18或者20個物品的速度處理或者檢查物品，該速度可與物品或者其工件生產(chǎn)出來的速度相當。在一些實施例中，例如，裝置可配置成以不超過每秒20、18、16、14、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2或者I個物品的速度處理或者檢查物品，該速度可與物品或者其工件生產(chǎn)出來的速度相當。上述的結合也可用于描述物品或者其工件通過該裝置被處理或者檢查的速度。在一些實施例中，例如，裝置可配置成每秒處理或者檢查至少I個并且不超過20個物品(例如，每秒I個到20個之間)，例如每秒至少I個并且不超過10個物品(例如，每秒I個到10個之間)，包括每秒至少I個并且不超過5個物品(例如，每秒I個到5個之間)。以大于物品或者其工件被生產(chǎn)出來的速度或者與其相當?shù)乃俣忍幚砘蛘邫z查物品是這里描述的裝置的很多特征的函數(shù)，這些特征包括但是不限于在處理或者檢查過程中不需要移動的光子發(fā)射器和/或物品(例如用于掃描)。例如，物品(如用于硬盤驅動器的硬盤)在處理或者檢查過程中不需要旋轉。同樣地，裝置可配置成在發(fā)射光子至物品的表面時穩(wěn)定地保持物品。
[0059]這里描述的裝置可以是全自動的，在不同的模式下工作，包括但是不限于超快模式超敏感模式和超敏感加模式。至于超快模式，裝置可在至少比其它的光學表面分析儀(例如，KLA-Tencor Candela CSlO或者CS20)快200倍地操作，探測例如包括小至至少IOOnm的粒子的缺陷的表面特征，部分地探測表面特征，例如包括劃痕(例如，納米尺度的劃痕)的缺陷，并且提供粗糙度的測量。至于超敏感模式，裝置可在至少比其它的光學表面分析儀快50倍地操作，探測表面特征例如包括小至至少30nm的粒子的缺陷，并且提供粗糙度的測量。至于超敏感加模式，裝置可在至少比其它的光學表面分析儀快20倍地操作，探測表面特征例如包括小至至少30nm的粒子的缺陷，全部探測表面特征，例如包括劃痕(納米-劃痕)的缺陷，并且提供粗糙度的測量。
[0060]同樣地，這里提供的裝置包括:光子發(fā)射器，配置成順序地發(fā)射第一組光子和第二組光子至物品的表面；光子探測器陣列；以及處理設備，配置成處理與從物品的表面散射并且聚焦在第一焦平面的第一組光子以及從物品的表面散射并且聚焦在第二焦平面的第二組光子相對應的光子探測器陣列的信號，其中該處理設備進一步配置成區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征。在一些實施例中，裝置進一步包括與光子探測器陣列耦合的遠心透鏡，配置成將從物品的表面特征散射的第一組光子聚焦在第一焦平面中，并且將從物品的表面特征散射的第二組光子聚焦在第二焦平面中。在一些實施例中，第一焦平面與物品的表面一致，第二焦平面在高于第一焦平面的高度ζ處。在一些實施例中，高度ζ是物品的原生表面特征的間隔的函數(shù)、第二組光子的波長的函數(shù)、或者同時是物品的原生表面特征的間隔以及第二組光子的波長的函數(shù)。在一些實施例中，與從物品的表面特征散射并且聚焦在第一焦平面的第一組光子相對應的光子探測器陣列信號提供物品的外來表面特征和物品的原生表面特征的位置信息，與從物品的表面特征散射并且聚焦在第二焦平面的第二組光子相對應的光子探測器陣列信號提供物品的原生表面特征的位置信息。在一些實施例中，區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征包括對比與從物品的表面特征散射并且聚焦在第一焦平面的第一組光子相對應的光子探測器陣列信號和與從物品的表面特征散射并且聚焦在第二焦平面的第二組光子相對應的光子探測器陣列信號，來確定物品的外來表面特征的位置信息。在一些實施例中，處理與從物品的表面特征散射并且聚焦在第一焦平面的第一組光子相對應的光子探測器陣列信號和與從物品的表面特征散射并且聚焦在第二焦平面的第二組光子相對應的光子探測器陣列信號，包括分別地產(chǎn)生第一表面特征圖和第二表面特征圖。在一些實施例中，第一表面特征圖提供物品的外來表面特征和物品的原生表面特征的位置信息，第二表面特征圖提供物品的原生表面特征的位置信息，并且區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征包括對比第一表面特征圖和第二表面特征圖，以確定物品的外來表面特征的位置信息。在一些實施例中，處理設備包括可操作來區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征的一個或者多個計算機或者等價設備，其中所述物品的外來表面特征包括污染物和/或缺陷，并且其中的物品的原生表面特征包括用于位規(guī)則介質的磁島。
[0061]另外，本文提供的裝置包括:光子發(fā)射器，配置成順序地發(fā)射第一組光子和第二組光子至物品的表面；透鏡與光子探測器陣列的組合；以及處理設備，配置成處理與從物品的表面散射并且聚焦在第一焦平面的第一組光子以及從物品的表面散射并且聚焦在第二焦平面的第二組光子相對應的光子探測器陣列信號，其中所述處理設備進一步配置成區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征。在一些實施例中，第一焦平面與物品的表面一致，第二焦平面在高于第一焦平面高度ζ處。在一些實施例中，高度ζ是物品的原生表面特征的間隔的函數(shù)、第二組光子的波長的函數(shù)或者同時是物品的原生表面特征的間隔以及第二組光子的波長的函數(shù)。在一些實施例中，處理設備包括可操作來區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征的一個或者多個計算機或者等價設備，其中所述物品的外來表面特征包括污染物和/或缺陷，并且其中的物品的原生表面特征包括用于位規(guī)則介質的磁島O[0062]另外，本文提供的裝置包括:光子探測器陣列；以及處理設備，配置成處理與從物品的表面散射并且聚焦在第一焦平面的第一組光子以及從物品的表面散射并且聚焦在第二焦平面的第二組光子相對應的光子探測器陣列信號，其中所述處理設備進一步配置成區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征。在一些實施例中，裝置進一步包括與光子探測器陣列連接的遠心透鏡，配置成將從物品的表面特征散射的第一組光子聚焦在第一焦平面中，并且將從物品的表面特征散射的第二組光子聚焦在第二焦平面中。在一些實施例中，第一焦平面與物品的表面一致，第二焦平面在高于第一焦平面高度ζ處。在一些實施例中，高度ζ是物品的原生表面特征的間隔的函數(shù)、第二組光子的波長的函數(shù)、或者同時是物品的原生表面特征的間隔以及第二組光子的波長的函數(shù)。在一些實施例中，處理與從物品的表面特征散射并且聚焦至第一焦平面的第一組光子和從物品的表面特征散射并且聚焦至第二焦平面的第二組光子相對應的光子探測器陣列信號包括分別地產(chǎn)生第一表面特征圖和第二表面特征圖。在一些實施例中，第一表面特征圖提供物品的外來表面特征和物品的原生表面特征的位置信息，第二表面特征圖提供物品的原生表面特征的位置信息，并且區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征包括對比第一表面特征圖和第二表面特征圖，以確定物品的外來表面特征的位置信息。在一些實施例中，處理設備包括可操作來區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征的一個或者多個計算機或者等價設備，其中所述物品的外來表面特征包括污染物和/或缺陷，并且其中的物品的原生表面特征包括用于位規(guī)則介質的磁島。
[0063]雖然本文描述和/或圖示了一些特定的實施例，并且這些特定的實施例被非常仔細地表述和/或圖示， 申請人:的意圖并不是用這些特殊的實施例來限定本文呈現(xiàn)的概念。對本領域普通技術人員來說，額外的修改和/或修正是顯而易見的，并且，在更寬的方面，這些修改和/或修正也同樣是包括在內(nèi)的。因此，可以從上述的實施例出發(fā)而并不背離本文呈現(xiàn)的概念的范圍，在適當?shù)亟忉尩那闆r下，該范圍只能通過所述權利要求書來限定。
【權利要求】
1.一種裝置，包括: 光子發(fā)射器，配置成順序地發(fā)射第一組光子和第二組光子至物品的表面； 光子探測器陣列；以及 處理設備，配置成處理與從物品的表面特征散射并且聚焦在第一焦平面的第一組光子以及從物品的表面特征散射并且聚焦在第二焦平面的第二組光子相對應的光子探測器陣列信號， 其中該處理設備進一步配置成區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征。
2.如權利要求1所述的裝置，進一步包括耦合至所述光子探測器陣列的遠心透鏡，所述遠心透鏡配置成將從物品的表面特征散射的第一組光子聚焦在第一焦平面中，并且將從物品的表面特征散射的第二組光子聚焦在第二焦平面中。
3.如權利要求1或者2所述的裝置，其中所述第一焦平面與物品的表面一致，并且其中所述第二焦平面在高于第一焦平面高度z處。
4.如權利要求1或者2所述的裝置，其中所述第一焦平面與物品的表面一致，并且其中所述第二焦平面在高于第一焦平面的高度z處，并且其中所述高度z是所述物品的原生表面特征的間隔的函數(shù)、所述第二組光子的波長的函數(shù)、或者同時是所述物品的原生表面特征的間隔以及所述第二組光子的波長的函數(shù)。
5.如權利要求1-4中任一項所述的裝置，其中與從物品的表面特征散射并且聚焦在第一焦平面的第一組光子相對應的所述光子探測器陣列信號提供物品的外來表面特征和物品的原生表面特征的位置信息，而與從物品的表面特征散射并且聚焦在第二焦平面的第二組光子相對應的所述光子探測器陣列信號提供物品的原生表面特征的位置信息。
6.如權利要求5所述的裝置，其中區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征包括:對比與從物品的表面特征散射并且聚焦在第一焦平面的第一組光子相對應的光子探測器陣列信號和與從物品的表面特征散射并且聚焦在第二焦平面的第二組光子相對應的光子探測器陣列信號，來確定物品的外來表面特征的位置信息。
7.如權利要求1-4中任一項所述的裝置，其中處理與從物品的表面特征散射并且聚焦在第一焦平面的第一組光子和從物品的表面特征散射并且聚焦在第二焦平面的第二組光子相對應的光子探測器陣列信號包括分別地產(chǎn)生第一表面特征圖和第二表面特征圖。
8.如權利要求7所述的裝置，其中所述第一表面特征圖提供物品的外來表面特征和物品的原生表面特征的位置信息，所述第二表面特征圖提供物品的原生表面特征的位置信息，并且區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征包括對比所述第一表面特征圖和所述第二表面特征圖，以確定物品的所述外來表面特征的位置信息。
9.如權利要求1-8中任一項所述的裝置，其中所述處理設備包括可操作來區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征的一個或者多個計算機或者等價設備，其中所述物品的外來表面特征包括污染物和/或缺陷，并且其中的物品的原生表面特征包括用于位規(guī)則介質的磁島。
10.一種裝置，包括: 光子發(fā)射器，配置成順序地發(fā)射第一組光子和第二組光子至物品的表面； 透鏡與光子探測器陣列的組合；以及 處理設備，配置成處理與從物品的表面散射并且聚焦在第一焦平面的第一組光子以及從物品的表面散射并且聚焦在第二焦平面的第二組光子相對應的光子探測器陣列信號，其中所述處理設備進一步配置成區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征。
11.如權利要求10所述的裝置，其中所述第一焦平面與物品的表面一致，并且其中所述第二焦平面在高于第一焦平面的高度Z處。
12.如權利要求10所述的裝置，其中所述第一焦平面與物品的表面一致，并且其中所述第二焦平面在高于第一焦平面的高度z處，并且其中所述高度z是所述物品的原生表面特征的間隔的函數(shù)、所述第二組光子的波長的函數(shù)、或者同時是所述物品的原生表面特征的間隔以及所述第二組光子的波長的函數(shù)。
13.如權利要求10-12中任一項所述的裝置，其中所述處理設備包括可操作來區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征的一個或者多個計算機或者等價設備，其中所述物品的外來表面特征包括污染物和/或缺陷，并且其中物品的原生表面特征包括用于位規(guī)則介質的磁島。
14.一種裝置，包括: 光子探測器陣列；以及 處理設備，配置成處理與從物品的表面散射并且聚焦在第一焦平面的第一組光子以及從物品的表面散射并且聚焦在第二焦平面的第二組光子相對應的光子探測器陣列信號， 其中所述處理設備進一步配置成區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征。
15.如權利要求14所述的裝置，進一步包括耦合至所述光子探測器陣列的遠心透鏡，所述遠心透鏡配置成將從物品的表面特征散射的第一組光子聚焦在第一焦平面中，并且將從物品的表面特征散射的第二組光子聚焦在第二焦平面中。`
16.如權利要求14或15所述的裝置，其中所述第一焦平面與物品的表面一致，所述第二焦平面在高于第一焦平面的高度z處。
17.如權利要求14或15所述的裝置，其中所述第一焦平面與物品的表面一致，并且其中所述第二焦平面在高于第一焦平面的高度z處，并且其中所述高度z是所述物品的原生表面特征的間隔的函數(shù)、所述第二組光子的波長的函數(shù)、或者同時是所述物品的原生表面特征的間隔以及所述第二組光子的波長的函數(shù)。
18.如權利要求14-17中任一項所述的裝置，其中處理與從物品的表面特征散射并且聚焦在第一焦平面中的第一組光子和從物品的表面特征散射并且聚焦在第二焦平面中的第二組光子相對應的光子探測器陣列信號包括分別地產(chǎn)生第一表面特征圖和第二表面特征圖。
19.如權利要求18所述的裝置，其中所述第一表面特征圖提供物品的外來表面特征和物品的原生表面特征的位置信息，所述第二表面特征圖提供物品的原生表面特征的位置信息，并且其中區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征包括對比所述第一表面特征圖和所述第二表面特征圖，以確定物品的外來表面特征的位置信息。
20.如權利要求14-19中任一項所述的裝置，其中處理設備包括可操作來區(qū)分物品的原生表面特征與物品的外來表面特征的一個或者多個計算機或者等價設備，其中所述物品的外來表面特征包括污染物和/或缺陷，并且其中物品的原生表面特征包括用于位規(guī)則介質的磁島。
【文檔編號】G01N21/88GK103728314SQ201310756797
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權日:2012年10月16日
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