手動(dòng)白光干涉階高量測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種手動(dòng)白光干涉階高量測方法，先拍攝待測物的影像，并于影像上選取至少兩個(gè)欲量測高度的像素，再以手動(dòng)方式控制一手動(dòng)位移器令分光干涉儀以垂直方向移動(dòng)以掃描待測物，拍攝選定的各像素經(jīng)過分光干涉儀的寬頻光的干涉條紋，且等間距地記錄所選定各像素的強(qiáng)度值與掃描位置，并記錄于一干涉強(qiáng)度資料庫中，針對(duì)寬頻光的波長，同時(shí)對(duì)干涉強(qiáng)度資料庫中的資料進(jìn)行一垂直掃描干涉分析，得到包絡(luò)波曲線的極值位置，作為待測物表面選定像素的相對(duì)高度，并通過各像素的相對(duì)高度計(jì)算即得表面階高。
【專利說明】手動(dòng)白光干涉階高量測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及階高量測方法，更具體地說，是一種以手動(dòng)方式且應(yīng)用白光干涉原理進(jìn)行階高量測的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前產(chǎn)業(yè)界對(duì)于經(jīng)由量測待測物表面輪廓的方法而檢測產(chǎn)品品質(zhì)的需求日漸增力口，例如晶圓表面粗糙度和平坦度的檢測、覆晶制程中金球凸塊尺寸和共平面度的量測、彩色濾光片之間隔柱尺寸和高度的量測、光纖端面及微光學(xué)元件表面的量測等，所應(yīng)用的范圍幾乎涵蓋所有的高科技產(chǎn)業(yè)(半導(dǎo)體業(yè)、封裝測試業(yè)、平面顯示器業(yè)及光通訊業(yè))。所以，一種可以快速且精確地檢測產(chǎn)品的檢測方法對(duì)于廠商降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本及提升產(chǎn)品的生產(chǎn)效率非常重要。因此，業(yè)界無不投入資源努力研究，希望能改進(jìn)產(chǎn)品檢測方法及裝置。
[0003]目前一般量測待測物的表面輪廓的技術(shù)主要為白光(寬頻光)垂直掃描干涉分析法，其運(yùn)用白光(寬頻光)的同調(diào)長度短的特性，精確地量測待測物的表面輪廓。在量測進(jìn)行時(shí)，一分光干涉儀利用一分合光兀件將量測光分為兩道，其一為入射至一待測物表面并被此表面反射的量測光，而另一則為入射至一參考鏡面并被此參考鏡面反射的參考光，前述被反射的量測光及參考光并被此分合光元件合成為一合成光并產(chǎn)生干涉條紋。隨后，利用一位移器調(diào)變前述量測光與參考光之間所具的光程差，造成寬頻光干涉條紋分布的變化。最后，經(jīng)由記錄產(chǎn)生最大干涉條紋對(duì)比時(shí)位移器的垂直位置，分析出待測物的表面輪廓。
[0004]美國專利第5471303號(hào)揭露一種結(jié)合白光垂直掃描干涉術(shù)(VSI)與單波長相移干涉術(shù)(PSI)而量測待測物的表面輪廓的裝置及量測方法。此專利的量測方法分別將一經(jīng)由白光垂直掃描干涉術(shù)量測并分析所得的整數(shù)干涉階數(shù)值與另一經(jīng)由單波長相移干涉術(shù)量測且分析所得的小數(shù)干涉階數(shù)值整合在一起，進(jìn)而在維持單波長相移量測的解析度的條件下，分析出待測物的表面輪廓。但是，由于此專利的量測方法在量測時(shí)需要依序切換寬頻光源與單波長光源做為量測光源，才能進(jìn)行上述兩種不同量測模式的量測，導(dǎo)致此專利的量測裝置的架構(gòu)復(fù)雜。此外，此專利的量測方法必須依序完成上述兩種量測后才能描繪出待測物的表面輪廓，所需的量測時(shí)間極長。因此，美國專利第5471303號(hào)所揭露的量測方法及裝置，不僅裝置架構(gòu)復(fù)雜，且無法應(yīng)用于需要迅速量測的線上產(chǎn)品檢測場合。
[0005]如上述，新興的檢測技術(shù)都為強(qiáng)調(diào)快速、自動(dòng)化的影像式檢測方法，然而在速度與精度的要求下，現(xiàn)有的檢測設(shè)備均需使用昂貴的垂直掃描致動(dòng)器或馬達(dá)，如壓電致動(dòng)器(PZT)來作微米甚至是奈米距離的移動(dòng)且搭配復(fù)雜的量測方法來達(dá)到量測的速度與精度，也因如此使得量測范圍限制在幾毫米之內(nèi)而無法突破，相對(duì)在速度與精度的要求下使檢測設(shè)備的價(jià)格也居高不下。
[0006]但應(yīng)近年來傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，數(shù)十毫米尺寸及次微米解析度的量測需求日增，若以市場現(xiàn)有的檢測設(shè)備及方法來作階高量測實(shí)在是大材小用，且會(huì)增加業(yè)者添購檢測設(shè)備的負(fù)擔(dān)，再者現(xiàn)有的檢測設(shè)備對(duì)數(shù)十毫米尺寸的量測范圍是有難度的，因此如何以現(xiàn)有的顯微鏡機(jī)臺(tái)搭配手動(dòng)掃描機(jī)制，達(dá)到數(shù)十毫米尺寸及次微米解析度的三維量測方法，是目前需要積極研發(fā)的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的主要目的在于提供一種手動(dòng)白光干涉階高量測方法，可在不需昂貴的垂直掃描致動(dòng)器或馬達(dá)的情況下，以手動(dòng)方式有效地得到待測物的階高，且自動(dòng)分析得到階高參數(shù)，簡化量測裝置的復(fù)雜度及降低量測系統(tǒng)的價(jià)格。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于，利用手動(dòng)位移器與位移測量裝置配合分光干涉儀的量測，而可因應(yīng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)十毫米尺寸及次微米解析度的量測需求。
[0009]為達(dá)上述的目的，本發(fā)明提供一種手動(dòng)白光干涉階高量測方法，其通過一分光干涉儀手動(dòng)量測一待測物的表面階高，其步驟包括有:拍攝待測物的影像；于該影像上選取至少兩個(gè)欲量測高度的像素；以手動(dòng)方式控制一手動(dòng)位移器令分光干涉儀以垂直方向移動(dòng)以掃描待測物；拍攝選定的像素經(jīng)過分光干涉儀的寬頻光的干涉條紋，其中該寬頻光包括至少一特定波長的光波，并由一寬頻光源提供；在手動(dòng)移動(dòng)垂直方向的距離中以等間距地記錄選定像素的強(qiáng)度值與掃描位置，并記錄于一干涉強(qiáng)度資料庫中；針對(duì)該至少一特定波長，同時(shí)對(duì)該干涉強(qiáng)度資料庫中的資料進(jìn)行一垂直掃描干涉分析，得到包絡(luò)波曲線的極值位置，作為待測物表面選定像素的相對(duì)高度；以及通過各像素的相對(duì)高度計(jì)算即得表面階聞。
[0010]其中，所述分光干涉儀為Mirau式干涉儀、Twyman-Green式干涉儀、Michelson式干涉儀或Linnik式干涉儀其中之一。
[0011]其中，所述分光干涉儀具有一分合光元件，用以對(duì)所述寬頻光源所提供的寬頻光分成一量測光及一參考光，該量測光入射至所述待測物的表面并被該表面反射，所述參考光入射至一參考鏡面并被該參考鏡面反射，所述分合光元件合成該反射的量測光與該反射的參考光為一合成光，使該合成光入射至一偵測器后而由該偵測器拍攝出所述寬頻光的干涉條紋。
[0012]其中，通過一手動(dòng)位移器調(diào)整所述量測光及所述參考光兩者之間所具的光程差，使所述偵測器能偵測該光程差所造成的所述寬頻光干涉條紋分布的變化。
[0013]其中，所述手動(dòng)位移器包括有一位移測量裝置。
[0014]其中，所述位移測量裝置可為光學(xué)線性編碼器、光學(xué)旋轉(zhuǎn)編碼器、磁性線性編碼器、磁性旋轉(zhuǎn)編碼器、線性可變差分位移器或雷射位移器其中之一。
[0015]其中，所述偵測器為一陣列式偵測器。
[0016]其中，所述陣列式偵測器為感光耦合元件偵測器。
[0017]其中，所述陣列式偵測器為光二極體偵測器。
[0018]本發(fā)明提供了一種手動(dòng)白光干涉階高量測方法，可在不需昂貴的垂直掃描致動(dòng)器或馬達(dá)的情況下，以手動(dòng)方式有效地得到待測物的階高，且自動(dòng)分析得到階高參數(shù)，簡化量測裝置的復(fù)雜度及降低量測系統(tǒng)的價(jià)格；同時(shí)，利用手動(dòng)位移器與位移測量裝置配合分光干涉儀的量測，而可因應(yīng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)十毫米尺寸及次微米解析度的量測需求。
【專利附圖】

【附圖說明】[0019]圖1為本發(fā)明的方法流程圖。
[0020]圖2為本發(fā)明所搭配使用的分光干涉儀示意圖。
[0021]圖3為本發(fā)明計(jì)算待測物表面階高的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0023]請參閱圖1，其為本發(fā)明所提供的手動(dòng)白光干涉階高量測方法，其通過一分光干涉儀手動(dòng)量測一待測物的表面階高，其步驟包括有:
[0024]A.拍攝待測物的影像；
[0025]B.于該影像上選取至少兩個(gè)欲量測高度的像素；
[0026]C.以手動(dòng)方式控制一手動(dòng)位移器令分光干涉儀以垂直方向移動(dòng)以掃描待測物；
[0027]D.拍攝選定的像素經(jīng)過分光干涉儀的寬頻光的干涉條紋，其中該寬頻光包括至少一特定波長的光波，并由一寬頻光源提供；
[0028]E.在手動(dòng)移動(dòng)垂直方向的距離中以等間距地記錄選定像素的強(qiáng)度值與掃描位置，并記錄于一干涉強(qiáng)度資料庫中；
[0029]F.針對(duì)該至少一特定波長，同時(shí)對(duì)該干涉強(qiáng)度資料庫中的資料進(jìn)行一垂直掃描干涉分析，得到包絡(luò)波曲線的極值位置，作為待測物表面選定像素的相對(duì)高度；
[0030]以及G.通過各像素的相對(duì)高度計(jì)算即得表面階高。
[0031]于上述步驟中，所搭配使用的分光干涉儀示意圖如圖2所示，其中本發(fā)明所使用的偵測器種類沒有限制，較佳者為光二極體偵測器，最佳者為感光耦合元件(CCD)偵測器；而所使用的分光干涉儀種類亦沒有限制，較佳者為Twyman-Green式干涉儀、Michelson式干涉儀或Linnik式干涉儀，最佳者為Mirau式干涉儀。圖2中，寬頻光源10提供一寬頻光至光束整形系統(tǒng)11，而光束整形系統(tǒng)11將入射的光束均勻地入射于分光鏡12。分光鏡12將入射的寬頻光反射至分合光元件13，寬頻光并被分合光元件13分為兩道光束，量測光及參考光。其中，量測光入射至待測物14的表面并被此表面反射，參考光入射至參考鏡面15并被參考鏡面反射。前述被反射的量測光及參考光經(jīng)由分合光元件13合光形成一具有干涉條紋的寬頻合成光，并入射于陣列式偵測器16。經(jīng)由手動(dòng)位移器17垂直的移動(dòng)該分光干涉儀以調(diào)變量測光及參考光之間所具的光程差，造成合成光的干涉條紋的變化，并由陣列式偵測器16偵測。
[0032]承上，該手動(dòng)位移器17具有一位移測量裝置(圖中未示)，其中該位移測量裝置可為光學(xué)線性編碼器、光學(xué)旋轉(zhuǎn)編碼器、磁性線性編碼器、磁性旋轉(zhuǎn)編碼器、線性可變差分位移器或雷射位移器其中之一。于上述步驟中，請參閱圖3，先以陣列式偵測器拍攝待測物的影像，再自所拍攝的影像上選取至少兩點(diǎn)欲量測高度的像素20、21，利用手動(dòng)位移器以手動(dòng)的方式移動(dòng)分光干涉儀對(duì)待測物的影像進(jìn)行兩端點(diǎn)22、23間垂直掃描，其中由上朝下掃描，或由下朝上掃描皆可，并于此掃描兩端點(diǎn)22、23的路徑間，利用該位移測量裝置的量測，于每一固定掃瞄間距讀取該像素20、21的強(qiáng)度變化并等間距地記錄選定像素20、21的強(qiáng)度值與掃描位置，計(jì)算得出此像素的強(qiáng)度變化，以獲得白光干涉掃描的包絡(luò)波曲線24、25，當(dāng)然也可拍攝全部該些干涉像素強(qiáng)度后才計(jì)算得出像素的強(qiáng)度變化，以獲得白光干涉掃描的包絡(luò)波曲線，再?zèng)Q定該曲線24、25的峰值，以決定像素位置的相對(duì)高度值，兩像素20,21間的位置高度差，即為階高。
[0033]上述干涉像素強(qiáng)度的計(jì)算是根據(jù)一遮罩方法演算。此遮罩方法更進(jìn)一步地界定為九宮格遮罩的機(jī)制，其中于影像上被選取的像素位于九宮格遮罩的中間像素，并將被該九宮格遮罩所涵蓋的像素選出，根據(jù)該等像素的強(qiáng)度，而以一計(jì)算規(guī)則得出一計(jì)算值。其中該九宮格遮罩的形狀是以該中間像素為中心，間隔90度在第一、第二、第三、第四個(gè)方向延伸及間隔45度在第一、第二、第三、第四個(gè)方向延伸至少十二個(gè)像素所構(gòu)成，且每一個(gè)像素位置分別設(shè)定有一權(quán)重值以乘以對(duì)應(yīng)的像素強(qiáng)度，而獲得白光干涉掃描的包絡(luò)波曲線。
[0034]而在步驟F中，通過分析由前步驟所得的手動(dòng)掃描范圍內(nèi)的像素強(qiáng)度值，得到掃描范圍內(nèi)的最大值，以此最大值為中心向兩側(cè)延伸固定范圍，或設(shè)定一門閥值取出固定范圍，以作為包絡(luò)波曲線的分析范圍，其中該門閥值乃根據(jù)統(tǒng)計(jì)機(jī)制而得。接著，于分析該干涉像素的相對(duì)高度的步驟中，其計(jì)算方法是依據(jù)質(zhì)心法的演算，其中此質(zhì)心法的計(jì)算包括有去除直流的機(jī)制以及計(jì)算質(zhì)心的機(jī)制。當(dāng)計(jì)算得出兩包絡(luò)波曲線的質(zhì)心位置241、251后，二者的位置差距H即為待測物兩像素20、21間的表面階高。
[0035]由上述說明可知，本發(fā)明所提供的手動(dòng)白光干涉階高量測方法以手動(dòng)方式控制一手動(dòng)位移器令分光干涉儀以垂直方向移動(dòng)以掃描待測物，并利用位移測量裝置的量測，可于每一固定掃瞄間距讀取該像素的強(qiáng)度變化且等間距地記錄選定像素的強(qiáng)度值與掃描位置，可在不需昂貴的垂直掃描致動(dòng)器或馬達(dá)的情況下，以手動(dòng)方式有效地得到待測物的階高，且利用位移測量裝置的量測等間距地記錄選定像素的強(qiáng)度值與掃描位置，自動(dòng)分析得到階高參數(shù)，簡化量測裝置的復(fù)雜度及降低量測系統(tǒng)的價(jià)格。
[0036]再者，本發(fā)明的方法以手動(dòng)方式帶動(dòng)整組分光干涉儀垂直移動(dòng)，在移動(dòng)過程中利用位移測量裝置的量測等間距地記錄選定像素之強(qiáng)度值與掃描位置，使量測范圍可達(dá)到數(shù)十毫米尺寸及次微米解析度，而可因應(yīng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)十毫米尺寸及次微米解析度的量測需求。
[0037]應(yīng)理解，這些實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種手動(dòng)白光干涉階高量測方法，其通過一分光干涉儀手動(dòng)量測一待測物的表面階高，其特征在于，該量測方法的步驟包括有: 拍攝待測物的影像； 于該影像上選取至少兩個(gè)欲量測高度的像素； 以手動(dòng)方式控制一手動(dòng)位移器令分光干涉儀以垂直方向移動(dòng)以掃描所述待測物； 拍攝選定的所述像素經(jīng)過所述分光干涉儀的寬頻光的干涉條紋，其中該寬頻光包括至少一特定波長的光波，并由一寬頻光源提供； 在手動(dòng)移動(dòng)垂直方向的距離中以等間距地記錄選定所述像素的強(qiáng)度值與掃描位置，并記錄于一干涉強(qiáng)度資料庫中； 針對(duì)該至少一所述特定波長，同時(shí)對(duì)該干涉強(qiáng)度資料庫中的資料進(jìn)行一垂直掃描干涉分析，得到包絡(luò)波曲線的極值位置，作為所述待測物表面選定像素的相對(duì)高度； 以及通過各所述像素的相對(duì)高度計(jì)算即得表面階高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手動(dòng)白光干涉階高量測方法，其特征在于:其中，所述分光干涉儀為Mirau式干涉儀、Twyman-Green式干涉儀、Michelson式干涉儀或Linnik式干涉儀其中之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手動(dòng)白光干涉階高量測方法，其特征在于:其中，所述分光干涉儀具有一分合光元件，用以對(duì)所述寬頻光源所提供的寬頻光分成一量測光及一參考光，該量測光入射至所述待測物的表面并被該表面反射，所述參考光入射至一參考鏡面并被該參考鏡面反射，所述分合光元件合成該反射的量測光與該反射的參考光為一合成光，使該合成光入射至一偵測器后而由該偵測器拍攝出所述寬頻光的干涉條紋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的手動(dòng)白光干涉階高量測方法，其特征在于:其中，通過一手動(dòng)位移器調(diào)整所述量測光及所述參考光兩者之間所具的光程差，使所述偵測器能偵測該光程差所造成的所述寬頻光干涉條紋分布的變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手動(dòng)白光干涉階高量測方法，其特征在于:其中，所述手動(dòng)位移器包括有一位移測量裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的手動(dòng)白光干涉階高量測方法，其特征在于:其中，所述位移測量裝置可為光學(xué)線性編碼器、光學(xué)旋轉(zhuǎn)編碼器、磁性線性編碼器、磁性旋轉(zhuǎn)編碼器、線性可變差分位移器或雷射位移器其中之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的手動(dòng)白光干涉階高量測方法，其特征在于:其中，所述偵測器為一陣列式偵測器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的手動(dòng)白光干涉階高量測方法，其特征在于:其中，所述陣列式偵測器為感光耦合元件偵測器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的手動(dòng)白光干涉階高量測方法，其特征在于:其中，所述陣列式偵測器為光二極體偵測器。
【文檔編號(hào)】G01B11/02GK103884283SQ201210553312
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月19日
【發(fā)明者】陳燦林, 高清芬 申請人:臺(tái)濠科技股份有限公司