用于跟踪具有可配置焦点偏移的样本表面的自动聚焦系统的制作方法

用于跟踪具有可配置焦点偏移的样本表面的自动聚焦系统
1.相关申请案的交叉引用
2.本技术案要求2019年4月5日申请的将刘秀梅(xiumei liu)、曹凯(kai cao)、理查德
·
瓦林福德(richard wallingford)、马修
·
朱思迪(matthew giusti)及布鲁克
·
布里吉(brooke bruguier)命名为发明人的标题为“跟踪具有可配置焦点偏移的样本表面的自动聚焦系统(automated focusing system tracking specimen surface with configurable focus offset)”的第62/829,831号美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本发明大体上涉及光学成像系统的领域，且更特定来说，涉及一种用于跟踪具有可配置焦点偏移的样本表面的自动聚焦系统。


背景技术：

4.对具有越来越小占用面积及特征的电子逻辑及存储器装置的需求提出超出所要规模的制造的广泛范围的制造挑战。在半导体制造的背景下，精确地识别缺陷的类型及大小为改进处理量及良率的重要步骤。此外，为实现最佳成像质量及缺陷检测敏感度，必须维持成像系统的焦平面。
5.因此，将期望提供克服上文识别的先前方法的一或多个缺点的系统。


技术实现要素：

6.本发明公开一种自动聚焦系统。在一个实施例中，所述系统包含照明源。在另一实施例中，所述系统包含孔径。在另一实施例中，所述系统包含投影掩模。在另一实施例中，所述系统包含检测器组合件。在另一实施例中，所述系统包含中继系统，所述中继系统经配置以将透射穿过所述投影掩模的照明光学地耦合到成像系统，所述中继系统经配置以将一或多个图案从所述投影掩模投射到安置在所述成像系统的载物台组合件上的样本上且将所述投影掩模的图像从所述样本传输到所述检测器组合件。在另一实施例中，所述系统包含控制器，所述控制器包含一或多个处理器，所述一或多个处理器经配置以执行存储在存储器中的一组程序指令，所述程序指令经配置以致使所述一或多个处理器：从所述检测器组合件接收所述投影掩模的一或多个图像；及确定所述投影掩模的所述一或多个图像的质量。
7.本发明公开一种系统。在一个实施例中，所述系统包含成像系统。在另一实施例中，所述系统包含自动聚焦系统。在另一实施例中，所述自动聚焦系统包含照明源。在另一实施例中，所述自动聚焦系统包含孔径。在另一实施例中，所述自动聚焦系统包含投影掩模。在另一实施例中，所述自动聚焦系统包含检测器组合件。在另一实施例中，所述自动聚焦系统包含中继系统，所述中继系统经配置以将透射穿过所述投影掩模的照明光学地耦合到所述成像系统，所述中继系统经配置以将一或多个图案从所述投影掩模投射到安置在所
述成像系统的载物台组合件上的样本上且将所述投影掩模的图像从所述样本传输到所述检测器组合件。在另一实施例中，所述系统包含控制器，所述控制器包含一或多个处理器，所述一或多个处理器经配置以执行存储在存储器中的一组程序指令，所述程序指令经配置以致使所述一或多个处理器：从所述检测器组合件接收所述投影掩模的一或多个图像；及确定所述投影掩模的所述一或多个图像的质量。
8.本发明公开一种自动聚焦系统。在一个实施例中，所述自动聚焦系统包含投影掩模图像质量(pmiq)自动聚焦系统。在另一实施例中，所述pmiq自动聚焦系统包含照明源。在另一实施例中，所述pmiq自动聚焦系统包含第一孔径。在另一实施例中，所述pmiq自动聚焦系统包含第一投影掩模。在另一实施例中，所述pmiq自动聚焦系统包含第一pmiq检测器组合件及第二pmiq检测器组合件。在另一实施例中，所述系统包含归一化s曲线(nsc)自动聚焦系统。在另一实施例中，所述nsc自动聚焦系统包含照明源。在另一实施例中，所述nsc自动聚焦系统包含第二孔径。在另一实施例中，所述nsc自动聚焦系统包含第二投影掩模。在另一实施例中，所述nsc自动聚焦系统包含第一nsc检测器组合件及第二nsc检测器组合件。在另一实施例中，所述系统包含中继系统，所述中继系统经配置以将来自所述pmiq自动聚焦系统及所述nsc自动聚焦系统的照明光学地耦合到成像系统，所述中继系统经配置以将一或多个图案从所述第一投影掩模投射到安置在所述成像系统的载物台组合件上的样本上且将所述第一投影掩模的图像从所述样本传输到所述第一pmiq检测器组合件及所述第二pmiq检测器组合件，所述中继系统经配置以将一或多个图案从所述第二投影掩模投射到安置在所述成像系统的所述载物台组合件上的所述样本上且将所述第二投影掩模的图像从所述样本传输到所述第一nsc检测器组合件及所述第二nsc检测器组合件。在另一实施例中，所述系统包含控制器，所述控制器包含一或多个处理器，所述一或多个处理器经配置以执行存储在存储器中的一组程序指令，所述程序指令经配置以致使所述一或多个处理器：从所述第一pmiq检测器组合件、所述第二pmiq检测器组合件、所述第一nsc检测器组合件及所述第二nsc检测器组合件接收一或多个信号；及基于来自所述第一pmiq检测器组合件、所述第二pmiq检测器组合件、所述第一nsc检测器组合件及所述第二nsc检测器组合件的所述一或多个信号执行双重控制回路以调整所述载物台组合件以维持所述成像系统的焦点。
9.本发明公开一种自动聚焦系统。在一个实施例中，所述自动聚焦系统包含pmiq自动聚焦系统。在另一实施例中，所述pmiq自动聚焦系统包含照明源。在另一实施例中，所述pmiq自动聚焦系统包含第一孔径。在另一实施例中，所述pmiq自动聚焦系统包含第一投影掩模。在另一实施例中，所述pmiq自动聚焦系统包含第一pmiq检测器组合件。在另一实施例中，所述系统包含nsc自动聚焦系统。在另一实施例中，所述nsc自动聚焦系统包含照明源。在另一实施例中，所述nsc自动聚焦系统包含第二孔径。在另一实施例中，所述nsc自动聚焦系统包含第二投影掩模。在另一实施例中，所述nsc自动聚焦系统包含第一nsc检测器组合件。在另一实施例中，所述系统包含中继系统，所述中继系统经配置以将来自所述pmiq自动聚焦系统及所述nsc自动聚焦系统的照明光学地耦合到成像系统，所述中继系统经配置以将一或多个图案从所述第一投影掩模投射到安置在所述成像系统的载物台组合件上的样本上且将所述第一投影掩模的图像从所述样本传输到所述第一pmiq检测器组合件，所述中继系统经配置以将一或多个图案从所述第二投影掩模投射到安置在所述成像系统的所述载物台组合件上的所述样本上且将所述第二投影掩模的图像从所述样本传输到所述第一
nsc检测器组合件。在另一实施例中，所述系统包含控制器，所述控制器包含一或多个处理器，所述一或多个处理器经配置以执行存储在存储器中的一组程序指令，所述程序指令经配置以致使所述一或多个处理器：从所述第一pmiq检测器组合件及所述第一nsc检测器组合件接收一或多个信号；对来自所述第一nsc检测器组合件的所述一或多个信号应用数字二进制返回掩模；及基于来自所述第一pmiq检测器组合件、所述第一nsc检测器组合件的所述一或多个信号及所述数字二进制返回掩模的输出执行双重控制回路以调整所述载物台组合件以维持所述成像系统的焦点。
10.本发明公开一种自动聚焦系统。在一个实施例中，所述自动聚焦系统包含pmiq自动聚焦系统。在另一实施例中，所述pmiq自动聚焦系统包含照明源。在另一实施例中，所述pmiq自动聚焦系统包含第一孔径。在另一实施例中，所述pmiq自动聚焦系统包含倾斜第一投影掩模。在另一实施例中，所述系统包含nsc自动聚焦系统。在另一实施例中，所述nsc自动聚焦系统包含照明源。在另一实施例中，所述nsc自动聚焦系统包含第二孔径。在另一实施例中，所述nsc自动聚焦系统包含第二投影掩模。在另一实施例中，所述系统包含检测器组合件。在另一实施例中，所述系统包含中继系统，所述中继系统经配置以将来自所述pmiq自动聚焦系统及所述nsc自动聚焦系统的照明光学地耦合到成像系统，所述中继系统经配置以将一或多个图案从所述第一投影掩模投射到安置在所述成像系统的载物台组合件上的样本上且将所述第一投影掩模的图像从所述样本传输到所述检测器组合件，所述中继系统经配置以将一或多个图案从所述第二投影掩模投射到安置在所述成像系统的所述载物台组合件上的所述样本上且将所述第二投影掩模的图像从所述样本传输到所述检测器组合件。在另一实施例中，所述系统包含控制器，所述控制器包含一或多个处理器，所述一或多个处理器经配置以执行存储在存储器中的一组程序指令，所述程序指令经配置以致使所述一或多个处理器：从所述检测器组合件接收一或多个信号；对来自所述检测器组合件的所述一或多个信号应用数字二进制返回掩模；及基于来自所述检测器组合件的所述一或多个信号及所述数字二进制返回掩模的输出执行双重控制回路以调整所述载物台组合件以维持所述成像系统的焦点。
11.本发明公开一种自动聚焦系统。在一个实施例中，所述自动聚焦系统包含pmiq自动聚焦系统。在另一实施例中，所述pmiq自动聚焦系统包含照明源。在另一实施例中，所述pmiq自动聚焦系统包含第一孔径。在另一实施例中，所述pmiq自动聚焦系统包含第一投影掩模。在另一实施例中，所述pmiq自动聚焦系统包含一或多个pmiq检测器组合件。在另一实施例中，所述系统包含nsc自动聚焦系统。在另一实施例中，所述nsc自动聚焦系统包含照明源。在另一实施例中，所述nsc自动聚焦系统包含第二孔径。在另一实施例中，所述nsc自动聚焦系统包含第二投影掩模。在另一实施例中，所述nsc自动聚焦系统包含一或多个nsc检测器组合件。在另一实施例中，所述系统包含中继系统，所述中继系统经配置以将来自所述pmiq自动聚焦系统及所述nsc自动聚焦系统的照明光学地耦合到成像系统，所述中继系统经配置以将一或多个图案从所述第一投影掩模投射到安置在所述成像系统的载物台组合件上的样本上且将所述第一投影掩模的图像从所述样本传输到所述一或多个pmiq检测器组合件，所述中继系统经配置以将一或多个图案从所述第二投影掩模投射到安置在所述成像系统的所述载物台组合件上的所述样本上且将所述第二投影掩模的图像从所述样本传输到所述一或多个nsc检测器组合件。在另一实施例中，所述系统包含控制器，所述控制器
包含一或多个处理器，所述一或多个处理器经配置以执行存储在存储器中的一组程序指令，所述程序指令经配置以致使所述一或多个处理器：从所述一或多个pmiq检测器组合件及所述一或多个nsc检测器组合件接收一或多个信号；及基于来自所述一或多个pmiq检测器组合件或所述一或多个nsc检测器组合件的至少一者的所述一或多个信号生成焦点误差图。
12.应理解，前述一般描述及以下详细描述两者仅为示范性及说明性且不必限制本发明。并入本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例且与一般描述一起用于说明本发明的原理。
附图说明
13.所属领域的技术人员可通过参考附图更好理解本发明的数种优点，其中：
14.图1说明根据本发明的一或多个实施例的常规自动聚焦(af)系统的简化示意图。
15.图2a说明根据本发明的一或多个实施例的包含来自af系统的多个s曲线的标绘图。
16.图2b说明根据本发明的一或多个实施例的归一化s曲线(nsc)标绘图。
17.图3说明根据本发明的一或多个实施例的样本的通道孔的横截面视图的比较。
18.图4说明根据本发明的一或多个实施例的图1中展示的af系统对图案几何形状的敏感度的俯视图。
19.图5是根据本发明的一或多个实施例的包含变形s曲线及对称s曲线的标绘图。
20.图6说明根据本发明的一或多个实施例的由耦合到图1中展示的af系统的成像系统获取的样本缺陷图。
21.图7说明根据本发明的一或多个实施例的包含偏斜且非对称s曲线及对称s曲线的标绘图。
22.图8a说明根据本发明的一或多个实施例的af系统的简化示意图。
23.图8b说明根据本发明的一或多个实施例的af系统的af光图案。
24.图8c说明根据本发明的一或多个实施例的af系统的离焦曲线(tfc)。
25.图8d说明描绘根据本发明的一或多个实施例的af系统的焦点控制回路的过程流程图。
26.图8e说明根据本发明的一或多个实施例的af系统的额外/替代实施例。
27.图8f说明根据本发明的一或多个实施例的af系统的额外/替代实施例。
28.图9a说明根据本发明的一或多个实施例的af系统的简化示意图。
29.图9b说明根据本发明的一或多个实施例的af系统的视场。
30.图9c说明根据本发明的一或多个实施例的af系统的额外/替代实施例。
31.图9d说明根据本发明的一或多个实施例的af系统的简化示意图。
32.图9e说明描绘根据本发明的一或多个实施例的af系统的双重控制回路的过程流程图。
33.图9f说明根据本发明的一或多个实施例的包含从样本的顶表面的偏移的标绘图。
34.图10说明根据本发明的一或多个实施例的s曲线。
35.图11说明根据本发明的一或多个实施例的af系统的额外/替代实施例。
36.图12说明根据本发明的一或多个实施例的af系统的简化示意图。
37.图13说明根据本发明的一或多个实施例的af系统的简化示意图。
38.图14说明根据本发明的一或多个实施例的示范性投影掩模图案。
具体实施方式
39.已关于特定实施例及其特定特征特别展示及描述本发明。本文中阐述的实施例应被视为阐释性而非限制性。所属领域的一般技术人员应易于明白，可在不脱离本发明的精神及范围的情况下进行形式及细节的各种改变及修改。
40.现在将详细参考附图中说明的所公开标的物。
41.图1说明根据本发明的一或多个实施例的耦合到成像系统130的常规自动聚焦(af)系统100的简化示意图。在一个实施例中，af系统100经由中继系统115耦合到成像系统130。
42.在一个实施例中，af系统100包含经配置以生成照明101的照明源102。照明源102可包含此项技术中已知的用于生成照明101的任何照明源，包含(但不限于)宽带辐射源、窄频辐射源或类似物。
43.在另一实施例中，af系统100包含孔径104。例如，af系统100可包含光瞳孔径104。孔径可具有此项技术中已知的任何数值孔径值。例如，光瞳孔径104可具有0.9na的数值孔径。
44.在另一实施例中，af系统100包含经配置以投射几何图案105的投影掩模106。
45.中继系统115可包含此项技术中已知的用于中继照明的任何组光学元件。例如，中继系统115可包含(但不限于)聚焦透镜114。例如，聚焦透镜114可包含z可调整聚焦透镜114。
46.在另一实施例中，af系统100包含一或多组传感器116。例如，af系统100可包含第一组传感器116a及第二组传感器116b。例如，第一组传感器116a可为一组焦点传感器116a且第二组传感器116b可为一组正常传感器116b。
47.在另一实施例中，af系统100包含返回掩模118。
48.af系统100可包含此项技术中已知的光学元件108。例如，一或多个光学元件108可包含(但不限于)一或多个镜110、一或多个光束分裂器112a、112b及类似物。另外，af系统100可包含此项技术中已知的任何额外光学元件，包含(但不限于)一或多个镜、一或多个透镜、一或多个偏光器、一或多个光束分裂器、一或多个波板及类似物。
49.成像系统130可包含一或多个光学元件132，包含(但不限于)一或多个镜134、一或多个物镜136及类似物。本文中应注意，一或多个光学元件132可包含此项技术中已知的任何光学元件，包含(但不限于)一或多个镜、一或多个透镜、一或多个偏光器、一或多个光束分裂器、一或多个波板及类似物。
50.在另一实施例中，成像系统130包含经配置以经由照明源102或单独独立光源(图1中未展示)获取来自样本140的照明的一或多个检测器138。
51.样本140可包含此项技术中已知的任何样本，包含(但不限于)晶片、光罩、光掩模及类似物；生物样本，例如(但不限于)组织、假体或类似物；或非生物样本，例如(但不限于)一或多个曲面玻璃板(或板片)、一或多个非曲面玻璃板(或板片)或类似物。在一个实施例
中，样本140安置在载物台组合件142上以促进样本140的移动。在另一实施例中，载物台组合件142为可致动载物台。例如，载物台组合件142可包含(但不限于)适于选择性地沿一或多个线性方向(例如，x方向、y方向及/或z方向)平移样本140的一或多个平移载物台。通过另一实例，载物台组合件142可包含(但不限于)适于选择性地沿旋转方向旋转样本140的一或多个旋转载物台。通过另一实例，载物台组合件142可包含(但不限于)适于选择性地沿线性方向平移样本140及/或沿旋转方向旋转样本140的旋转载物台及平移载物台。
52.自动聚焦系统的描述在1987年1月27日发布的标题为“用于显微镜的自动聚焦系统(automatic focusing system for a microscope)”的第4,639,587号美国专利中论述，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
53.图2a说明根据本发明的一或多个实施例的包含来自af系统100的多个s曲线的标绘图200。图2b说明根据本发明的一或多个实施例的图2a中展示的多个s曲线的归一化s曲线的标绘图220。
54.在一个实施例中，af系统100经配置以生成多个s曲线。例如，如图2a中展示，多个s曲线可包含正常通道a曲线202、正常通道b曲线204、聚焦通道a曲线206、聚焦通道b曲线208及归一化s曲线(nsc)212。
55.如图2a中展示，可使用曲线202的斜率210确定线性范围。
56.在标绘图220中，归一化s曲线(nsc)222通过以下者展示及描述：
[0057][0058]
在方程式1中，f
a
表示通道a的焦点信号，f
b
表示通道b的焦点信号，n
a
表示通道a的正常信号，且n
b
表示通道b的正常信号。例如，可从正常传感器获取一或多个正常信号(n
a
、n
b
)。通过另一实例，可从焦点传感器获取一或多个焦点信号。
[0059]
本文中应注意，控制系统可经设计，使得将z载物台设置为nsc＝0。然而，需要具有z轴调整的聚焦透镜(例如，聚焦透镜114)以调整样本的z平面的用户可配置焦点偏移。
[0060]
图3是根据本发明的一或多个实施例的穿过样本堆叠的所要通道孔与变形通道孔的比较300。
[0061]
在通道孔蚀刻工艺步骤期间，穿过样本堆叠(如由图3展示)的所要通道孔(例如，通道孔302)应为圆柱形。如果样本具有贯穿整个样本表面的均匀笔直通道孔302，那么af系统100可将焦点维持在所需焦点偏移处。然而，本文中应注意，样本的一或多个工艺变化可导致af系统100将样本表面向上及/或向下移位。如图3中展示，此移位由锥形通道孔304引起。
[0062]
本文中应注意，工艺变化可导致样本的某些区域具有锥形通道孔304(例如，通道孔大小的变化)。尽管样本的物理厚度为相同的，但取决于工艺变化的严重性，af系统100可使样本表面移位到高性能成像系统的最佳焦平面中及/或从所述最佳焦平面移位。因此，导致表面缺陷检测敏感度的损失。
[0063]
图4说明根据本发明的一或多个实施例的af系统100对样本的图案几何形状的敏感度400的俯视图。
[0064]
本文中应注意，样本上的未图案化区域可导致样本焦点相对于样本上的图案化区域移位。焦点移位的量取决于未图案化区域的宽度。
[0065]
如图4中展示，af系统100对样本图案几何形状敏感。例如，通道孔蚀刻阵列404中存在未图案化区域402可导致焦点移位(例如，移位区域406)，即使未图案化区域可具有与蚀刻阵列相同的物理高度。例如，针对具有5μm到30μm之间的宽度的未图案化区域，焦点可取决于图案的亮度及宽度而在100nm到400nm之间移位。
[0066]
本文中应注意，归因于未图案化区域的焦点移位及归因于工艺变化的样本向上及/或向下移位导致跨样本的整个表面的不一致性及缺陷检测敏感度损失。
[0067]
图5是根据本发明的一或多个实施例的包含变形s曲线502及对称s曲线504的标绘图500。
[0068]
本文中应注意，af系统100的一个严重问题为样本(例如，具有常规af设置的3d nand晶片)上的焦点丢失。如图5中展示，这是归因于在af光穿透样本表面下方时衍射样本图案导致严重s曲线线性范围减小。
[0069]
如图5中展示，当af光穿透3d nand晶片表面下方时，3d nand晶片s曲线502变形。相比之下，当af光穿透样本表面下方时，不具有衍射样本图案化的镜面表面展现对称s曲线504。
[0070]
图6说明根据本发明的一或多个实施例的由耦合到af系统100的成像系统150获取的样本缺陷图600。
[0071]
在样本图600中，每一点与一个所检测缺陷对应。如图6中展示，在样本图600的底部602处包含零个点，此意指在样本的底部处检测到零个缺陷。这是归因于af系统100中的焦点丢失。本文中应注意，为在高样本堆叠(其可为最多约30μm高)的最底部处检验缺陷，af系统中的聚焦透镜需要在高分辨率下支持80mm的z轴调整范围。此对于工程设计可为极其困难的。此外，归因于过度球面像差，s曲线将在大焦点偏移处偏斜。
[0072]
图7说明根据本发明的一或多个实施例的包含偏斜且非对称s曲线700及对称s曲线702的标绘图。
[0073]
本文中应注意，当样本向上移动时，导致偏斜且非对称s曲线。如图7中展示，当样本沿z轴向上移动10μm时，归因于过度球面像差而导致偏斜且非对称s曲线700。相比之下，当样本焦点偏移是零时，导致对称s曲线702。
[0074]
自动聚焦(af)系统已成为实现基于光学的成像系统的峰值缺陷检测敏感度的仪器。这些基于光学的af系统具有优于非光学系统的优点。例如，基于光学的af系统具有快速信号响应及高敏感度。然而，基于光学的af系统(如af系统100)具有数个缺点。例如，样本可为厚且透明(或半透明)的，使得光可传播到顶表面下方。难以区分从顶表面及底表面返回的af光，尤其是在样本具有仅隔开选定距离(例如，隔开约10nm到10μm)的两个或多个表面时。
[0075]
此外，对于基于光学的af系统，在一个焦点深度(dof)内将成像系统的最佳焦平面的焦点维持在样本的顶表面上可为非常具挑战性的。样本本身在不同位置处(例如，x轴及y轴)可具有不同折射率，这作为交换模块化af信号强度。这在dof非常短时变得甚至更具挑战性。例如，对于在具有200nm的波长的0.9数值孔径(na)下操作的成像系统，dof可为约100nm。
[0076]
对于全自动成像系统，最佳焦平面必须维持在用户可配置焦点偏移处(通常在样本表面上)以实现最佳图像质量及因此最佳检测敏感度。自动聚焦系统可与高性能成像系
统集成以实现此目的。
[0077]
基于af系统100的缺点，本发明的实施例涉及一种用于跟踪具有可配置焦点偏移的样本表面的自动聚焦(af)系统。特定来说，本发明的实施例涉及一种与高性能成像系统集成以实现最佳图像质量及最佳检测敏感度的af系统。
[0078]
图8a说明根据本发明的一或多个实施例的耦合到成像系统830的af系统800的简化示意图。在一个实施例中，af系统800经由中继系统810光学地耦合到成像系统830。
[0079]
在一个实施例中，af系统800包含经配置以生成照明801的照明源802。照明源802可包含此项技术中已知的用于生成照明801的任何照明源，包含(但不限于)宽带辐射源、窄频辐射源或类似物。
[0080]
在另一实施例中，af系统800包含孔径804。例如，af系统800可包含光瞳孔径804。孔径可具有此项技术中已知的任何形状或数值孔径值。例如，光瞳孔径804可具有0.9na的数值孔径。
[0081]
在另一实施例中，af系统800包含经配置以将几何图案808投射到样本840上的投影掩模806。例如，投影掩模806可包含含有一或多个选定图案(如在图14中展示且在本文中进一步论述)的外部投影掩模，所述一或多个选定图案可经由中继系统810及成像系统830投射到样本840的平面上。本文中应注意，几何图案808可经由此项技术中已知的任何方法生成。例如，几何图案808可为简单二进制掩模。通过另一实例，几何图案808可由空间光调制器生成。通过进一步实例，几何图案808可由光学衍射(或干涉手段)生成。
[0082]
中继系统810可包含此项技术中已知的用于中继来自第一光学系统及第二光学系统的投影掩模图像819的任何组光学元件。例如，中继系统810可包含(但不限于)聚焦透镜812。例如，聚焦透镜812可包含z可调整聚焦透镜812。
[0083]
在另一实施例中，af系统800包含检测器组合件814。例如，如图8a中展示，检测器组合件814可包含(但不限于)一或多个相机814。af系统800可包含任何类型的相机。例如，af系统800可包含(但不限于)二维(2d)相机。通过另一实例，af系统800可包含(但不限于)倾斜2d相机。通过进一步实例，af系统800可包含(但不限于)倾斜投影掩模。
[0084]
在另一实施例中，检测器组合件814通信地耦合到控制器816。控制器816可包含一或多个处理器818。一或多个处理器818经配置以执行存储在存储器820中的一组程序指令。所述组程序指令经配置以导致一或多个处理器818执行本发明的一或多个步骤。在一个实施例中，一或多个处理器818经配置以从af系统800的检测器组合件814接收一或多个投影掩模图像819。在另一实施例中，一或多个处理器818经配置以确定投影掩模图像质量(pmiq)。例如，一或多个处理器818可应用一或多个焦点度量(其可经优化以用于不同目的或应用)以确定投影掩模图像819的图像质量。
[0085]
在另一实施例中，一或多个处理器818可响应于投影掩模图像质量(pmiq)而调整载物台组合件842。例如，响应于所监测投影掩模图像质量，一或多个处理器818可动态地调整载物台组合件842的垂直位置(即，z位置)，使得将样本z位置调整到(或维持在)最佳(或至少充分)焦点位置。
[0086]
af系统800可包含此项技术中已知的用于促进af系统及成像系统的操作及af系统与成像系统之间的耦合的任何光学元件822。例如，一或多个光学元件822可包含(但不限于)一或多个透镜824、一或多个镜826或一或多个光束分裂器828a、828b。另外，尽管未展
示，然af系统800可包含此项技术中已知的任何额外光学元件，包含(但不限于)一或多个偏光器、一或多个光束分裂器、一或多个波板及类似物。
[0087]
成像系统830可包含一或多个光学元件832，包含(但不限于)一或多个镜834、一或多个物镜836及类似物。在另一实施例中，成像系统830包含经配置以获取来自样本840(例如，反射、衍射或散射)的照明的一或多个检测器838。一或多个检测器838可通信地耦合到控制器816。就此来说，控制器816的一或多个处理器818可从成像系统830的一或多个检测器838接收信号及/或图像数据。成像系统830可包含此项技术中已知的任何成像系统。例如，成像系统可包含检验系统、基于图像的计量系统、机器视觉系统或生物/生物医学成像系统。
[0088]
样本840可包含此项技术中已知的任何样本，包含(但不限于)晶片、光罩、光掩模及类似物。在一个实施例中，样本840安置在载物台组合件842上以促进样本840的移动。在另一实施例中，载物台组合件842为可致动载物台。例如，载物台组合件842可包含(但不限于)适于选择性地沿一或多个线性方向(例如，x方向、y方向及/或z方向)平移样本840的一或多个平移载物台。通过另一实例，载物台组合件842可包含(但不限于)适于选择性地沿旋转方向旋转样本840的一或多个旋转载物台。通过另一实例，载物台组合件842可包含(但不限于)适于选择性地沿线性方向平移样本840及/或沿旋转方向旋转样本840的旋转载物台及平移载物台。
[0089]
图8b说明根据本发明的一或多个实施例的图8a中展示的af系统800的af光图案850、852。
[0090]
在一个实施例中，从样本的表面反射的af光形成af光图案850。在另一实施例中，穿透到样本中的af光形成光af光图案852。本文中应注意，af光图案850说明当从样本表面反射紧密聚焦点时，af系统800具有最佳pmiq。此外，本文中应注意，af光图案852的焦点扩散沿xyz轴扩散。af光图案852说明紧密聚焦点可在xyz方向上扩散，此暗示归因于光穿透到样本中而降级的点扩散函数。
[0091]
本文中应注意，如果从投影掩模(pm)投射到样本的投影掩模(pm)图像具有高数值孔径且衍射受到成像质量的限制，那么样本反射的pm图像仅在其从顶表面反射时具有最佳图像质量。如图8b中说明，针对可被视为光学系统的点扩散函数(psf)的高度聚焦点，当从pm到样本的光穿透样本且从底表面上的一或多个点反射时，样本厚度及材料折射将导致点大小在横向方向上且沿光学轴扩散。此导致几乎完美psf的像差。因此，pm成像质量降级。
[0092]
图8c说明根据本发明的一或多个实施例的af系统800的离焦曲线(tfc)860。
[0093]
在一个实施例中，af系统800的一或多个处理器818经配置以基于将一或多个焦点度量应用到投影掩模806的一或多个图像819而确定投影掩模806的一或多个图像819的图像质量。例如，一或多个处理器818可经配置以将离焦曲线(例如，tfc 860)应用到投影掩模806的一或多个图像819。本文中应注意，在样本840向上及向下移动时，可使用可针对不同应用目的调整的一或多个焦点度量定量地测量pmiq。图8c中展示的tfc 860包含在样本840(例如，镜样本)上测量的五次重复。五次重复的峰间变化为约30nm。
[0094]
图8d说明描绘根据本发明的一或多个实施例的af系统800的焦点控制回路870的过程流程图。应注意，本文中先前关于pmiq描述的各种实施例、组件及操作的描述应被解释为扩展到双重控制回路870，除非另外提及。应进一步注意，各种步骤872到892不应被解释
为限于图8d中描绘或本文中描述的特定顺序。而是，应注意，控制回路870可在控制回路870中的任何数目个位置处开始且绕开及/或重复任何数目个步骤。
[0095]
在步骤872中，焦点控制回路870生成焦点目标。
[0096]
在步骤874中，焦点控制回路870调整焦点目标。
[0097]
在步骤876中，焦点控制回路870生成样本的高度。
[0098]
在步骤878中，焦点控制回路870应用控制算法(例如，控制算法1)。
[0099]
在步骤880中，焦点控制回路870基于控制算法(例如，控制算法1)的输出调整载物台组合件。例如，系统800可经配置以在z方向上调整载物台组合件842。
[0100]
在步骤882中，焦点控制回路870使用一或多个pmiq光学器件获取一或多个测量。
[0101]
在步骤884中，焦点控制回路870经由检测器组合件获取pmiq tfc。例如，af系统800的检测器组合件814可经配置以获取pmiq tfc。
[0102]
在步骤886中，焦点控制回路870基于pmiq tfc传送数据。例如，第二回路962可经配置以经由数据路径将选定数据传送到选定目的地以进行处理。
[0103]
在步骤888中，焦点控制回路870处理一或多个pm图像以计算焦点误差及正负号。
[0104]
在步骤890中，焦点控制回路870将数据传递到载物台组合件。例如，系统800可经配置以将数据传递到载物台组合件842。
[0105]
在步骤892中，焦点控制回路870生成一或多个焦点误差。例如，焦点控制回路870可计算表达为距离(例如，纳米数)的焦点误差。
[0106]
本文中应注意，控制系统可经设计，使得动态地调整样本z位置以将样本z位置维持在tfc的峰值位置处。
[0107]
图8e说明根据本发明的一或多个额外/替代实施例的af系统800。在此实施例中，af系统800的检测器组合件814包含经配置以倾斜到焦平面中及从焦平面离开的一或多个倾斜2d相机896。例如，一或多个倾斜2d相机896可在rx方向(绕x轴旋转)或ry方向(绕y轴旋转)中的至少一者上倾斜到焦平面中及从焦平面倾斜。本文中应注意，光学轴可被定义为z轴。就此来说，当样本840在xy平面中移动以进行自动成像时，可使用一或多个倾斜2d相机896获得完整tfc。此外，可将tfc的每一点从投影掩模的一或多个图像映像到一或多个倾斜2d相机上的每一xy位置处。此外，本文中应注意，一或多个倾斜2d相机896可经配置以在未在z方向上连续移动样本840的情况下获得tfc。
[0108]
图8f说明根据本发明的一或多个额外/替代实施例的af系统800。在此实施例中，af系统800的检测器组合件814包含一或多个2d相机814及一或多个透明板898。例如，一或多个透明板898可安置在一或多个2d相机814前面且具有跨一或多个透明板898变化的厚度。本文中应注意，一或多个透明板898可由此项技术中已知的任何透明材料形成，包含(但不限于)玻璃、石英或类似物。
[0109]
图9a说明根据本发明的一或多个实施例的耦合到成像系统930的af系统900的简化示意图。特定来说，图9a说明经配置用于双模式同时操作的af系统900。af系统900可包含pmiq投影系统903(或pmiq模块)及nsc投影系统905(或nsc模块)。在另一实施例中，af系统900经由中继系统910耦合到成像系统930。就此来说，中继系统910经配置以将来自pmiq自动聚焦系统及nsc自动聚焦系统的照明光学地耦合到成像系统930。
[0110]
在此实施例中，pmiq投影系统903及nsc投影系统905中每一者可包含其自身的照
明源、孔径、投影掩模、照明位准控制及na设置。例如，pmiq投影系统903可包含(但不限于)第一照明源902a、第一孔径904a及第一投影掩模906a。nsc投影系统905可包含(但不限于)第二照明源902b、第二孔径904b及第二投影掩模906b。
[0111]
在一个实施例中，pmiq自动聚焦投影系统903的照明源902a经配置以在连续开启状态模式中操作。在另一实施例中，nsc自动聚焦投影系统905的照明源902b包含第一照明通道(通道a)及第二照明通道(通道b)。nsc自动聚焦投影系统905的照明源902b的输出可经时间多路复用以缓和第一照明通道(通道a)与第二照明通道(通道b)之间的串扰。
[0112]
在另一实施例中，第一投影掩模906a及第二投影掩模906b经定位，使得第一投影掩模906a投射在视场的第一半部分中且第二投影掩模906b投射在视场的第二半部分中。就此来说，如图9b中展示，系统900可经配置，使得pmiq投影系统903使用视场的第一半部分(例如，左半部分)且nsc投影系统905使用视场的第二半部分(例如，右半部分)。此类布置有助于缓和pmiq自动聚焦投影系统903与nsc自动聚焦投影系统905之间的光学串扰。例如，如图9b中展示，来自pmiq投影系统903的投影可占据视场(fov)的左侧913a，而来自nsc投影系统905的投影可占据fov的右侧913b。
[0113]
在另一实施例中，第一投影掩模906a及第二投影掩模906b可具有一或多个不同特性。例如，第一投影掩模906a及第二投影掩模906b可具有不同栅格掩模图案、栅格掩模间距或栅格掩模定向。投影掩模906a、906b可包含含有一或多个选定图案(如在图14中展示且在本文中进一步论述)的一或多个外部投影掩模，所述一或多个选定图案可经由中继系统910及成像系统930投射到样本940的平面上。
[0114]
本文中应注意，pmiq投影系统905可分别针对照明路径及集光路径907、909两者使用0.9na设置操作。此外，nsc投影系统905可分别在照明路径及集光路径907、909两者中使用减小na操作。例如，nsc投影系统905可使用小于0.9na的na操作。例如，nsc投影系统905可使用0.4na到0.6na之间的na操作。此外，nsc投影系统可使用0.5na的na操作。然而，本文中应注意，可基于应用优化na的设置。
[0115]
在另一实施例中，af系统900包含一或多个pmiq检测器组合件。例如，如图9a中展示，pmiq投影系统903可包含第一pmiq检测器组合件914a及第二pmiq检测器组合件914b。例如，第一pmiq检测器组合件914a及第二pmiq检测器组合件914b可分别包含(但不限于)第一2d相机914a及第二2d相机914b。本文中应注意，一或多个2d相机914可具有预定z偏移以获得tfc曲线上的几个离散点。
[0116]
在另一实施例中，af系统900包含一或多个nsc检测器组合件。例如，如图9a中展示，nsc投影系统903可包含第一检测器组合件920a及第二检测器组合件920b。例如，nsc投影系统903可包含第一传感器920a及第二传感器920b。第一传感器920a可包含经配置以从nsc投影系统905的一或多个照明通道(例如，通道a及通道b)接收一或多个焦点信号(例如，f
a
、f
b
)的一或多个焦点传感器。第二传感器920b可包含经配置以从nsc投影系统905的一或多个照明通道(例如，通道a及通道b)接收一或多个正常信号(例如，n
a
、n
b)
的正常传感器920b。
[0117]
在另一实施例中，af系统900包含一或多个集光光瞳孔径光阑918。例如，af系统900可包含分别与nsc投影系统905的第一传感器920a及第二传感器920b相关联的第一集光光瞳孔径光阑918a及第二集光光瞳孔径光阑918b。例如，第一集光光瞳孔径光阑918a可具
有第一数值孔径(例如，0.5na)。在另一例项中，第二集光光瞳孔径光阑918b可具有第二数值孔径(例如，0.5na)。本文中应注意，一或多个集光光瞳孔径光阑918a、918b可具有任何数值孔径值。
[0118]
在另一实施例中，af系统900包含返回掩模916。例如，af系统900可包含具有与投影掩模的图案相同的返回掩模916。通过另一实例，af系统900可包含具有与投影掩模的图案不同的返回掩模。本文中应注意，返回掩模可用于聚焦通道中以生成nsc投影系统905的焦点信号。返回掩模916充当抵挡反射投影掩模图像的光学阀。当样本聚焦时，焦点传感器通道a及b接收相同量的光。当样本离焦时，一个通道比另一通道接收更多光且反之亦然。可通过哪一通道接收更多光来确定失焦方向性。
[0119]
在另一实施例中，一或多个pmiq检测器组合件914及一或多个nsc传感器920通信地耦合到控制器921。控制器921可包含一或多个处理器925。一或多个处理器925经配置以执行存储在存储器927中的一组程序指令。所述组程序指令经配置以导致一或多个处理器925执行本发明的一或多个步骤。在一个实施例中，一或多个处理器925经配置以从第一pmiq检测器组合件914a、第二pmiq检测器组合件914b、第一nsc检测器组合件920a及第二nsc检测器组合件920b接收一或多个信号。在另一实施例中，一或多个处理器925经配置以基于来自第一pmiq检测器组合件、第二pmiq检测器组合件、第一nsc检测器组合件及第二nsc检测器组合件的一或多个信号执行双重控制回路以调整载物台组合件942(例如，z位置)以维持(或建立)成像系统930的焦点。
[0120]
中继系统910可包含此项技术中已知的用于中继来自第一光学系统及第二光学系统的照明的任何组光学元件。例如，中继系统910可包含(但不限于)聚焦透镜912。例如，聚焦透镜912可包含z可调整聚焦透镜912。
[0121]
成像系统930可包含此项技术中已知的任何成像系统且本文中先前提供的成像系统830的描述应被解释为扩展到成像系统930。成像系统930可包含一或多个光学元件932，包含(但不限于)一或多个镜934、一或多个物镜936及类似物。在另一实施例中，成像系统930包含经配置以获取来自样本940(例如，反射、衍射或散射)的照明的一或多个检测器。一或多个检测器可通信地耦合到控制器921。就此来说，控制器的一或多个处理器可从成像系统930的一或多个检测器接收信号及/或图像数据。成像系统930可包含此项技术中已知的任何成像系统。例如，成像系统可包含检验系统、基于图像的计量系统、机器视觉系统或生物/生物医学成像系统。
[0122]
样本940及载物台组合件942可包含此项技术中已知的任何样本及载物台组合件且本文中先前提供的样本840及载物台组合件842的描述应被解释为扩展到样本940及载物台组合件942。
[0123]
af系统900可包含此项技术中已知的用于促进af系统及成像系统的操作及af系统与成像系统之间的耦合的任何光学元件922。例如，一或多个光学元件922可包含(但不限于)一或多个棱镜924(例如，顶表面反射或内反射)、一或多个透镜926a、926b及一或多个光束分裂器928a、928b及/或928c。另外，尽管未展示，然af系统900可包含此项技术中已知的任何额外光学元件，包含(但不限于)一或多个偏光器、一或多个光束分裂器、一或多个镜、一或多个波板及类似物。
[0124]
图9c说明根据本发明的一或多个实施例的af系统900的额外/替代实施例。应注
意，系统800及900的描述应扩展到图9b中描绘的实施例，除非本文中另外提及。
[0125]
在此实施例中，af系统900包含pmiq相机950a及nsc相机950b。例如，系统900可包含配置为pmiq相机的2d相机950a及配置为nsc af相机的2d相机950b。在另一实施例中，af系统900可在图像处理期间应用数字二进制返回掩模952以计算所传输总积分能量。
[0126]
在此实施例中，pmiq相机950a及nsc相机950b可通信地耦合到af系统900的控制器921。就此来说，nsc相机950b替代图9a的正常通道及聚焦通道。此外，控制器921的一或多个处理器925可经配置以使用来自nsc相机950b的数据生成nsc。
[0127]
数字二进制返回掩模952可经配置以将nsc af相机950b的完整视场(fov)内的所传输总积分能量分别计算为f
a
、f
b
。就此来说，可使用单个相机(例如，nsc相机950b)以计算方式生成nsc信号。本文中应注意，此实施例可降低高精度光学器件的开发成本且减少来自光学缺陷的焦点检测假影。
[0128]
本文中应注意，包含通道a及b的nsc投影系统905的第二照明源902b经配置以依时间序列开启。此外，出于本发明的目的，术语“n
a
信号”或“n
b
信号”系指在通道a及/或b光开启时af相机950a的fov内的总积分能量。
[0129]
在另一实施例中，可使用nsc相机950b的fov内的总积分能量计算nsc。例如，当样本在z方向上移动时，可在一个照明通道开启时检测投影掩模图像的单个边缘的横向移位。例如，如果通道a(或b)从光瞳的右(或左)侧照明投影掩模，那么可分析投影掩模的右(或左)边缘的横向运动。两个通道的运动方向应为相反的。在减去两个通道的运动之后，检测敏感度可加倍。使用边缘运动检测获得的nsc信号可减少或甚至避免来自子表面反射的能量，从而使f
a
、f
b
、n
a
、n
b
中的总能量偏压，此又导致样本表面的失焦。概念上，可通过取得原始图像的导数而容易地检测图像边缘。
[0130]
图9d说明根据本发明的一或多个实施例的af系统900的额外/替代实施例。
[0131]
在一个实施例中，af系统900的一或多个投影掩模906包含一或多个倾斜投影掩模954。例如，一或多个倾斜投影掩模954可倾斜以在不移动af系统900的一或多个组件的情况下获得完整tfc曲线。在此额外/替代实施例中，倾斜投影掩模954的几何图案可经设计与第二投影掩模906b的几何图案(如图9b中展示)不同。
[0132]
在另一实施例中，af系统900的检测器组合件914包含相机914。例如，相机914可经配置以在fov 911的左侧913a中获得pmiq且从fov 911的右侧913b获得nsc，如图9b中展示。在此实施例中，相机914可通信地耦合到控制器921。控制器921的一或多个处理器925可经配置以测量pmiq且生成nsc信号。
[0133]
在此实施例中，可同时读出左侧pmiq图像及右侧nsc图像。例如，成像处理算法可分裂fov的两半。例如，单独图像处理算法可用于处理pmiq图像及nsc图像以获取pmiq及nsc对应焦点信号。可通过双重控制回路组合两个焦点信号，如本文中关于图9e进一步描述。
[0134]
本文中应注意，nsc投影系统905的第二照明源902b经配置用于针对a/b通道差异化进行时间多路复用。
[0135]
图9e说明根据本发明的一或多个实施例的描绘双重控制回路960的过程流程图。
[0136]
双重控制回路960可包含第一控制回路961及第二控制回路962以维持或建立成像系统的焦点。在此实施例中，第一控制回路961实施nsc自动聚焦例程且第二控制回路962实施pmiq自动聚焦例程，其分别与本文中先前描述的nsc及pmiq实施例一致。因而，关于nsc
及/或pmiq实施例描述的各种实施例、组件及操作应被解释为扩展到双重控制回路960，除非另外提及。
[0137]
第二回路962可经配置以校正由第一回路961的失焦引起的一或多个工艺变化。例如，第二回路962可经配置以检测峰值位置tfc，使得第二回路962可从样本表面找到最佳焦平面。
[0138]
在一个实施例中，作为起点，第一控制回路961可基于nsc光学器件及控制反馈调整载物台组合件。接着，在其中存在工艺变化(例如，由第一控制回路961的失焦引起的工艺变化)的情况中，第二控制回路962可检测焦点误差信号。可通过经由pmiq光学器件及一或多个检测器组合件获取的一组离焦图像计算焦点误差信号。第二回路962的控制算法可在每一焦点偏移处计算pmiq图像的一或多个焦点度量以获得离焦曲线或fc上的几个离散点。所测量tfc数据点可用于计算pmiq的最佳焦平面相对于当前位置处的样本表面的偏移。此偏移与焦点误差对应。接着，将此数量转换为nsc信号且可反馈到第一控制回路961中。在检测焦点误差信号之后，第一控制回路961可接着将载物台组合件移动到新z位置，使得完全校正焦点误差。
[0139]
应注意，各种步骤964到980不应被解释为限于图9e中描绘或本文中描述的特定顺序。而是，应注意，双重控制回路960可在控制回路960中的任何数目个位置处开始且绕开及/或重复任何数目个步骤。
[0140]
在步骤964中，第一回路961利用一或多个nsc光学器件获取一或多个nsc信号。例如，af系统900的控制器921可经配置以从一或多个nsc光学器件获取一或多个nsc信号。
[0141]
在步骤966中，第一回路961将第一控制算法(例如，控制算法1)应用到在步骤964中获取的一或多个nsc信号。
[0142]
在步骤968中，第一回路961基于第一控制算法(例如，控制算法1的输出调整载物台组合件。例如，af系统900的控制器921可经配置以调整载物台组合件942。例如，载物台组合件942可在z方向上调整。
[0143]
本文中应注意，双重控制回路960的第一回路961可经配置为反馈回路。可基于控制回路的应用及/或一或多个硬件选择调整第一回路961的带宽。此外，本文中应注意，当存在焦点误差时，其指示工艺变化。焦点误差的量值与工艺变化的严重性相互关联。
[0144]
在步骤970中，第二回路962使用一或多个pmiq光学器件获取一或多个测量。
[0145]
在步骤972中，第二回路962经由检测器组合件获取pmiq离焦曲线(tfc)。例如，af系统900的一或多个检测器914a、914b可获取pmiq tfc。例如，经由步骤970的pmiq子系统获得的tfc或tfc上的几个离散点可用于生成pmiq tfc。
[0146]
在步骤974中，第二回路962基于pmiq tfc传送数据。例如，第二回路962可经配置以经由数据路径将选定数据传送到选定目的地以进行处理。
[0147]
在步骤976中，第二回路962基于所传送数据计算焦点误差及正负号。例如，第二回路962可计算表达为距离(例如，纳米数)的焦点误差。应注意，通常以纳米测量焦点误差，而nsc计数表示具有与数据的线性区域(图2a)中的s曲线斜率对应的线性关系聚焦点误差的电子数字信号。
[0148]
在步骤978中，第二回路962在nsc计数中将数据传递到第一回路961。在步骤980中，第二回路962将第二控制算法(例如，控制算法2)应用到传递到第一回路961的数据。就
此来说，第二回路962可将焦点误差转换为nsc信号。接着，第二回路962可将焦点误差的nsc信号馈送到双重控制回路960的第一回路961中。接着，第一控制回路961可使用焦点误差来调整载物台组合件的z位置以完全校正焦点误差。
[0149]
nsc自动聚焦例程及pmiq自动聚焦例程可针对2d晶片检验及3d nand晶片检验的非阵列区域独立地操作。此外，pmiq自动聚焦例程可在工艺变化系小的且所需线性范围小于约500nm的情况下独立地操作。
[0150]
图9f说明根据本发明的一或多个实施例的包含从样本的顶表面的偏移的标绘图990。
[0151]
本文中应注意，为检验样本堆叠深处的缺陷，需要大焦点偏移。在一个实施例中，af系统900经配置以将样本设置在符合样本顶表面焦点轨迹的用户可配置焦点偏移处，可在样本表面检验期间记录所述样本顶表面焦点轨迹，如由图9f中的曲线992展示。
[0152]
在另一实施例中，af系统900可经配置以收集传递到控制回路960的第一回路962的一或多个焦点误差信号。当存在焦点误差时，其指示工艺变化。焦点误差的量值与工艺变化的严重性相互关联。当焦点误差图(fem)与缺陷分布图(例如，图5)结合使用时，通过此两个图或与其它工艺控制参数的相关分析，可为用户提供有价值信息以找出良率限制因素的根本原因。
[0153]
在另一实施例中，可使用nsc投影系统905生成焦点误差图(fem)。归因于nsc af原理对工艺变化的焦点敏感度，缺陷分布图并不非常可靠。然而，焦点误差图仍可包含有价值信息以供用户通过将其与其它工艺参数相互关联而识别良率限制因素。
[0154]
本文中应注意，nsc投影系统905可作为独立af系统操作，其为2d晶片检验及3d nand晶片的其它非阵列区域提供所要功能性及极佳焦点跟踪性能，其中pmiq可具挑战性但nsc af原理良好地运作。本文中应注意，与nsc af的唯一差异是其在照明路径及集光路径两者中具有相对于pmiq投影系统903减小的数值孔径。此可增加焦点跟踪随机噪声。其可通过增加焦点信号(f
a
、f
b
)对正常信号(n
a
、n
b
)的比而缓和，所述比在nsc投影系统905中为1:2。例如，第二光束分裂器928b可利用与50/50不同的分裂比。例如，第二光束分裂器928b可使66％透射到聚焦通道且使33％反射到正常通道。通过另一实例，中性密度滤光器可用于减少正常通道中的光。
[0155]
图10说明根据本发明的一或多个实施例的s曲线1000。
[0156]
如图10中展示，s曲线1000的线性范围1002可在nsc投影系统905中的照明路径及集光路径两者中使用相对于pmiq投影系统903减小的na设置而扩展。例如，s曲线的线性范围1002可在nsc投影系统905的照明路径及集光路径两者中使用0.5na设置而扩展。nsc投影系统905可具有小于0.9na的数值孔径。例如，nsc投影系统905可具有0.4na到0.6na之间的数值孔径。例如，nsc投影系统905可具有0.5na的数值孔径。
[0157]
图11说明根据本发明的一或多个实施例的af系统900的额外/替代实施例。特定来说，af系统900的pmiq投影系统903可使用与nsc投影系统905不同的放大率来实施。就此来说，pmiq投影系统903及nsc投影系统905可与fov分裂共享相同照明(例如，如图9b中展示)。此外，针对左到右及右到左扫描，pmiq投影系统903可具有相对于nsc投影系统905的超前/滞后。
[0158]
另外，如果可使用2d相机分辨样本的固有图案，那么可消除pmiq投影系统903视场
的栅格掩模。就此来说，代替检测外部投射图案图像质量，直接检测及分析样本图案的成像质量。可在本文中先前描述的系统中应用类似控制及焦点度量算法。本文中应注意，焦点度量不限于边缘斜率。例如，可个别地应用或组合地应用稳健对比度、累积密度函数(cdf)、高频能量或类似物以确定最佳焦平面。
[0159]
图12说明根据本发明的一或多个实施例的af系统900的额外/替代实施例。特定来说，nsc投影系统905的低na设置可经配置用于3d nand晶片表面跟踪，其要求对工艺变化不敏感。本文中应注意，此容许2d及3d检验模块的不同放大率、独立像差及焦点控制。
[0160]
在一个实施例中，af系统900包含检测器1200。例如，af系统900可包含相机1200。在另一实施例中，af系统900包含阶梯式聚焦延迟1202。
[0161]
在另一实施例中，af系统900包含多个焦点传感器920a’、920a”。在另一实施例中，af系统900包含多个正常传感器920b’、920b”。
[0162]
图13说明根据本发明的一或多个实施例的af系统900的额外/替代实施例。特定来说，af系统900的pmiq投影系统903及nsc投影系统905可经配置以使用类似na设置运行。例如，af系统900可经配置以通过透射穿过一或多个光束分裂器的照明而具有相同na。
[0163]
在一个实施例中，af系统900包含倾斜相机1300。在另一实施例中，af系统900包含安置在检测器组合件914前面的透明板1302。透明板1302可由此项技术中已知的任何透明材料形成，包含(但不限于)玻璃。
[0164]
在此实施例中，照明源902可包含发光二极管(led)照明源902。
[0165]
图14说明根据本发明的一或多个实施例的示范性投影掩模图案1400。
[0166]
在一个实施例中，投影掩模图案1400包含列间距图案1402。在另一实施例中，投影掩模图案1400包含方形(或矩形)框图案1404。在另一实施例中，投影掩模图案1400包含星形图案1406。本文中应注意，投影掩模图案1400可包含任何特别设计的图案，因此上文论述不应被解释为对本发明的范围的限制。
[0167]
在另一实施例中，投影掩模图案1400可包含经配置以增强焦点检测敏感度的栅格掩模图案。例如，以相对于样本x轴的不同角度定向的一系列二进制方形框可容许使用关于不同像差类型的更多信息来检测成像质量。本文中应注意，可通过施加特殊涂层或更改透射材料设计且阻止掩模的明暗部分的性质而增强栅格掩模的成像对比度。
[0168]
本文中应注意，af系统800、900、1100、1200、1300可具有优于af系统100的数个优点。例如，af系统可跟踪具有工艺变化及未图案化区域的样本表面。例如，使用af系统800确定的样本表面平面对阵列中的工艺变化及未图案化区域不敏感。就此来说，表面缺陷检测敏感度可实现高性能成像系统(例如，成像系统830)的完整授权。通过另一实例，af系统具有检测失焦误差的增加能力。例如，当在3d nand晶片上使用0.9na处的af测试af系统时，在40nm处检测到失焦误差，其完全在一个焦点深度内。
[0169]
通过另一实例，nsc投影系统905通过在照明路径及集光路径两者中使用减小数值孔径而具有扩展s曲线线性范围。此扩展线性范围可避免丢失焦点，此在先前方法针对照明孔径及集光孔径两者将na设置在0.9na时是典型的。如图10中展示，标称对称s曲线在下半部分中变得变形。s曲线线性范围可急剧减小且因此易于丢失焦点。
[0170]
通过另一实例，扩展s曲线线性范围还为能够将基于nsc信号的焦点误差馈送到图9e中展示的双重控制回路960的控制算法2中的关键设计方案。通过另一实例，分裂视场可
避免af系统的一或多个组件之间的串扰。通过另一实例，一或多个组件的控制回路可针对2d晶片检验及3d nand晶片检验的非阵列区域独立地操作。例如，pmiq控制回路可独立地操作。
[0171]
通过另一实例，离焦曲线(tfc)可替代地使用倾斜2d相机获得而无需移动样本z载物台或光学系统中的其它移动部分，否则可能引入振动、空气摆动及/或声音噪声。通过进一步实例，离焦曲线(tfc)可替代地使用具有不同厚度的一组玻璃板获得而无需移动晶片z载物台或光学系统中的其它移动部分，否则可能引入振动、空气摆动及/或声音噪声。
[0172]
通过进一步实例，当需要较小大小时，可数字地截断样本平面上的af视场。另外，还可数字地遮蔽可能干扰pmiq检测的非所要样本特征。此外，可使用基于能量的方法或基于边缘运动的方法以计算方式生成af系统100的nsc曲线。
[0173]
通过另一实例，针对底部缺陷检测，可将样本设置在相对于样本表面形貌的用户可配置焦点偏移处，在表面缺陷检验期间记录所述样本表面形貌。应注意，pmiq方法及/或pmiq nsc方法非常良好地运作以跟踪阵列区域晶片表面以进行3d nand检验。然而，当检验晶片堆叠的底部处或大焦点偏移处的缺陷时，可使用不同策略来减轻nsc方法中的聚焦透镜的过度行进范围要求。在此替代方法中，可在晶片表面处的检验期间记录z载物台z0(x,y)。针对晶片底部或大焦点偏移检验，使用恒定用户可配置焦点偏移，所述恒定用户可配置焦点偏移可经添加，使得针对大焦点偏移处的检验，自动聚焦跟踪到具有从顶表面的恒定偏移的虚拟平面，如图9f中展示。
[0174]
通过进一步实例，可在检验期间收集焦点误差图(fem)。此外，可在检验之前收集焦点误差图。fem对于用户找出工艺变化根本原因及/或良率限制因素可为有价值的。
[0175]
本文中应注意，系统800、900的一或多个组件可以此项技术中已知的任何方式通信地耦合到系统800、900的各种其它组件。例如，一或多个处理器818、925可经由有线(例如，铜线、光纤电缆及类似物)或无线连接(例如，rf耦合、ir耦合、wimax、蓝牙、3g、4g、4g lte、5g及类似物)通信地耦合到彼此及其它组件。通过另一实例，控制器816、921可经由此项技术中已知的任何有线或无线连接通信地耦合到系统800、900的一或多个组件。
[0176]
在一个实施例中，一或多个处理器818、925可包含此项技术中已知的任何一或多个处理组件。从此意义上来说，一或多个处理器818、925可包含经配置以执行软件算法及/或指令的任何微处理器型装置。在一个实施例中，一或多个处理器818、925可由经配置以执行经配置以操作系统800、900的程序的桌面计算机、主计算机系统、工作站、图像计算机、平行处理器或其它计算机系统(例如，网络链接计算机)构成，如贯穿本发明描述。应认知，贯穿本发明描述的步骤可通过单个计算机系统或(替代地)多个计算机系统实行。此外，应认知，贯穿本发明描述的步骤可通过一或多个处理器818、925中的任何一或多者实行。一般来说，术语“处理器”可经广泛定义以涵盖具有执行来自存储器820、927的程序指令的一或多个处理组件的任何装置。此外，系统800、900的不同子系统可包含适于实行贯穿本发明描述的步骤的至少一部分的处理器或逻辑元件。因此，上文描述不应被解释为对本发明的限制而仅为说明。
[0177]
存储器820、927可包含此项技术中已知的适于存储可通过相关联一或多个处理器818、925执行的程序指令及从系统800、900接收的数据的任何存储媒体。例如，存储器820、927可包含非暂时性存储器媒体。例如，存储器820、927可包含(但不限于)只读存储器
(rom)、随机存取存储器(ram)、磁性或光学存储器装置(例如，光盘)、磁带、固态驱动器及类似物。应进一步注意，存储器820、927可与一或多个处理器818、925容置在共同控制器外壳中。在替代实施例中，存储器820、927可相对于处理器818、925、控制器816、921及类似物的物理位置而远程地定位。在另一实施例中，存储器820、927维持用于导致一或多个处理器818、925实行通过本发明描述的各种步骤的程序指令。
[0178]
在一个实施例中，用户接口通信地耦合到控制器816、921。在一个实施例中，用户接口可包含(但不限于)一或多个桌面计算机、平板计算机、智能电话、智能型手表或类似物。在另一实施例中，用户接口包含用于将系统800、900的数据显示给用户的显示器。用户接口的显示器可包含此项技术中已知的任何显示器。例如，显示器可包含(但不限于)液晶显示器(lcd)、基于有机发光二极管(oled)的显示器或crt显示器。所属领域的技术人员应认知，能够与用户接口集成的任何显示装置适于在本发明中实施。在另一实施例中，用户可响应于显示给用户的数据而经由用户接口的使用输入装置输入选择及/或指令。
[0179]
所属领域的技术人员将认知，本文中描述的组件(例如，操作)、装置、对象及其所附论述为概念清晰起见而被用作实例，且预期各种配置修改。因此，如本文中使用，所阐述的特定范例及所附论述旨在表示其更普通类别。一般来说，任何特定范例的使用旨在表示其类别，且特定组件(例如，操作)、装置及对象的非包含性不应被视为限制性。
[0180]
所属领域的技术人员将了解，存在可通过其而实现本文中所述的过程及/或系统及/或其它技术的各种工具(例如，硬件、软件及/或固件)，且优选载具将随着其中部署所述程序及/或系统及/或其它技术的上下文而变化。例如，如果实施者确定速度及精确性是非常重要的，那么所述实施者可选择主要硬件及/或固件载具；替代地，如果灵活性为非常重要，那么所述实施者可选择主要软件实施方案；或再次替代地，所述实施者可选择硬件、软件及/或固件的某一组合。因此，存在可通过其而实现本文中描述的程序及/或装置及/或其它技术的若干可行载具，所述载具中的任一者并非固有地优于其它载具，因为待利用的任何载具是取决于将部署所述载具的上下文及实施者的特定关注(例如，速度、灵活性或可预测性)的选择，所述上下文及所述关注中的任一者可能变化。
[0181]
呈现先前描述以使所属领域的一般技术人员能够制作及使用如在特定应用及其要求的上下文中提供的本发明。如本文中使用，例如“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“上”、“朝上”、“下”、“向下”及“朝下”的方向型术语旨在出于描述的目的而提供相对位置，且不旨在指定绝对参考架构。所属领域的技术人员将了解对所描述的实施例的各种修改，且本文中界定的一般原理可应用到其它实施例。因此，本发明并不旨在限于所展示及描述的特定实施例，而应符合与本文中公开的原理及新颖特征一致的最广泛范围。
[0182]
关于本文中的实质上任何复数及/或单数术语，所属领域的技术人员可适于上下文及/或申请案而从复数转变为单数及/或从单数转变为复数。为清晰起见未在本文中明确阐述各种单数/复数排列。
[0183]
本文中描述的所有方法可包含将方法实施例的一或多个步骤的结果存储在存储器中。结果可包含本文中描述的结果中的任一者且可以此项技术中已知的任何方式存储。存储器可包含本文中描述的任何存储器或此项技术中已知的任何其它适合存储媒体。在已存储结果之后，结果可在存储器中存取且通过本文中描述的方法或系统实施例中的任一者使用，经格式化以显示给用户，由另一软件模块、方法或系统使用等。此外，结果可“永久”、
“
半永久”、临时存储或存储达一段时间。例如，存储器可为随机存取存储器(ram)，且结果可不必无限期地永留在存储器中。
[0184]
可进一步预期，上文描述的方法的实施例中的每一者可包含本文中描述的(若干)任何其它方法的(若干)任何其它步骤。另外，上文描述的方法的实施例中的每一者可由本文中描述的系统中的任一者执行。
[0185]
本文中描述的标的物有时说明包含于其它组件内或与其它组件连接的不同组件。应理解，此类所描绘的架构仅为示范性的，且事实上可实施实现相同功能性的许多其它架构。在概念意义上，实现相同功能性的组件的任何布置有效地“相关联”，使得实现所要功能性。因此，在不考虑架构或中间组件的情况下，经组合以实现特定功能性的本文中的任何两个组件可被视为彼此“相关联”，使得实现所要功能性。同样地，如此相关联的任何两个组件还可被视为彼此“连接”或“耦合”以实现所要功能性，且能够如此相关联的任何两个组件还可被视为“可耦合”到彼此以实现所要功能性。可耦合的特定实例包含(但不限于)可物理配接及/或物理相互作用的组件及/或可无线相互作用及/或无线相互作用的组件及/或逻辑相互作用及/或可逻辑相互作用的组件。
[0186]
此外，应理解，通过所附权利要求书定义本发明。所属领域的技术人员将理解，一般来说，在本文中使用且尤其在所附权利要求书(例如所附权利要求书的主体)中使用的术语一般旨在为“开放性”术语(例如术语“包含”应被解释为“包含但不限于”，术语“具有”应被解释为“至少具有”，术语“包含”应被解释为“包含但不限于”及类似物)。所属领域的技术人员将进一步理解，如果预期特定数目个引入权利要求叙述，那么此意图明确在权利要求中叙述，且在不存在此叙述的情况下，不存在此意图。例如，为帮助理解，下列所附权利要求书可包含介绍性词组“至少一个”及“一或多个”的使用以引入权利要求叙述。然而，这些词组的使用不应被视为暗示由不定冠词“一”或“一个”引入权利要求叙述将包含此引入权利要求叙述的任意特定权利要求限于仅包含此叙述的发明，即使相同权利要求包含介绍性词组“一或多个”或“至少一个”及不定冠词(例如“一”或“一个”)(例如，“一”及/或“一个”通常应被解释为意指“至少一个”或“一或多个”)；对于使用用于引入权利要求叙述的定冠词也如此。另外，即使明确叙述引入的权利要求叙述的特定数目，所属领域的技术人员还将认知，此叙述通常应被解释为意指至少经叙述的数目(例如，不具有其它修饰语的“两个叙述”的裸叙述通常意指至少两个叙述或两个或更多个叙述)。此外，在其中使用与“a、b及c及类似物中的至少一者”类似的惯例的所述例项中，一般来说在所属领域的技术人员将理解所述惯例(例如，“具有a、b及c中的至少一者的系统”将包含(但不限于)仅具有a、仅具有b、仅具有c、具有a及b、具有a及c、具有b及c及/或具有a、b及c及类似物的系统)的意义上期望此构造。在其中使用类似于“a、b或c及类似物中的至少一者”的惯例的所述例项中，一般来说在所属领域的技术人员将理解所述惯例(例如，“具有a、b或c中的至少一者的系统”将包含(但不限于)仅具有a、仅具有b、仅具有c、具有a及b、具有a及c、具有b及c及/或具有a、b及c及类似物的系统)的意义上期望此构造。所属领域的技术人员将进一步理解，事实上呈现两个或更多个替代术语的转折性字词及/或词组(不管在描述、权利要求书或图式中)应被理解为预期包含术语中的一者、术语中的任一者或两个术语的可能性。例如，词组“a或b”将被理解为包含“a”或“b”或“a及b”的可能性。
[0187]
据信，将通过前述描述理解本发明及其许多伴随优势，且将明白，在不脱离所公开
的标的物或不牺牲所有其材料优势的情况下可对组件的形式、构造及布置做出各种改变。所描述形式仅为说明性的，且所附权利要求书的意图系涵盖及包含此类改变。此外，应理解，通过所附权利要求书定义本发明。