CN111220087B - 表面形貌检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种表面形貌检测方法，所述方法包含下列步骤。首先，提供测试光线，测试光线用以测量对象的表面形貌。于测试光线的光学路径上，提供空间光调制器，空间光调制器具有多个像素。控制空间光调制器，于第一时间区间开启所述多个像素中的第一像素群组，于第二时间区间开启所述多个像素中的第二像素群组。其中第一像素群组与第二像素群组分别对应部分的所述多个像素，且第一像素群组与第二像素群组之间有第一重复像素。

Description

表面形貌检测方法

技术领域

本发明是有关于一种表面形貌检测方法，特别是关于一种能侦测与补偿震动的表面形貌检测方法。

背景技术

在产品制造完成后，都会经过一定的测试程序，用来把关产品的质量。一般来说，会仰赖人力检查产品的外观是否缺损，或者通过观察产品的外观来判断功能是否正常。但有些产品的结构比较细致，有时实在无法要求人员使用肉眼检查出瑕疵。传统上，可以例如使用摄影机来拍摄产品的外观，通过放大拍摄到的影像，便可以检查产品特定区域的外观。

但是，如果要检测芯片表面的结构时，由于结构的尺寸非常小，单纯使用传统的表面形貌检测系统易受到外部干扰而严重影响判断的准确度。举例来说，拍摄时的轻微震动即很有可能造成误判。因此，业界在检测小尺寸物品时，需要一种新的表面形貌检测方法，以提高表面形貌的测量准确度。

发明内容

本发明提供一种表面形貌检测方法，依序开启空间光调制器中的多个像素群组，并于所述多个像素群组中设计有重复像素，藉此补偿震动的干扰，以提高表面形貌的测量准确度。

本发明提供一种表面形貌检测方法，所述方法包含下列步骤。首先，提供测试光线，测试光线用以测量对象的表面形貌。于测试光线的光学路径上，提供空间光调制器，空间光调制器具有多个像素。控制空间光调制器，于第一时间区间开启所述多个像素中的第一像素群组，于第二时间区间开启所述多个像素中的第二像素群组。其中第一像素群组与第二像素群组分别对应部分的所述多个像素，且第一像素群组与第二像素群组之间有第一重复像素。

于一些实施例中，于第一时间区间中，对象反射测试光线而取得第一对象光线，于第二时间区间中，对象反射测试光线而取得第二对象光线。此外，更可以侦测第一对象光线，据以产生多个第一表面形貌数据，每一个第一表面形貌数据分别对应第一像素群组中的每一个像素。并且，侦测第二对象光线，据以产生多个第二表面形貌数据，每一个第二表面形貌数据分别对应第二像素群组中的每一个像素。接着，比对第一重复像素对应的第一表面形貌数据与第一重复像素对应的第二表面形貌数据，计算第一震动差值。最后，可以依据第一震动差值，补偿第二表面形貌数据。

于一些实施例中，表面形貌检测方法更包含下列步骤。控制空间光调制器，于第三时间区间开启所述多个像素中的第三像素群组。其中第三像素群组对应部分的所述多个像素，且第二像素群组与第三像素群组之间有第二重复像素，且第一重复像素不同于第二重复像素。此外，于第三时间区间中，对象反射测试光线而取得第三对象光线。接着，侦测第三对象光线，据以产生多个第三表面形貌数据，每一个第三表面形貌数据分别对应第三像素群组中的每一个像素。并且，比对第二重复像素对应的第二表面形貌数据与第二重复像素对应的第三表面形貌数据，计算第二震动差值。最后，依据第一震动差值与第二震动差值，补偿第三表面形貌数据。

综上所述，本发明提供的表面形貌检测方法，依序开启空间光调制器中的多个像素群组，并于所述多个像素群组中设计有重复像素。通过比对重复像素于两次测量取得的数值，可以补偿震动的干扰，以提高表面形貌的测量准确度。

有关本发明的其它功效及实施例的详细内容，配合附图说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是绘示依据本发明一实施例的表面形貌检测系统的示意图；

图2A是绘示依据本发明一实施例的空间光调制器于第一时间区间的控制示意图；

图2B是绘示依据本发明一实施例的空间光调制器于第二时间区间的控制示意图；

图2C是绘示依据本发明一实施例的空间光调制器于第三时间区间的控制示意图；

图3是绘示依据本发明一实施例的表面形貌检测方法的步骤流程图；

图4是绘示依据本发明另一实施例的表面形貌检测系统的示意图。

符号说明

1表面形貌检测系统 10光源

11透镜 12分光单元

13参考镜 14空间光调制器

140a～140o像素 15透镜

16影像撷取设备 4表面形貌检测系统

40光源 41透镜

42空间光调制器 43透镜

44影像撷取设备 S30～S34步骤流程

cmd控制指令

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

请参阅图1，图1是绘示依据本发明一实施例的表面形貌检测系统的示意图。如图1所示，本发明所公开的表面形貌检测方法可以应用于表面形貌检测系统1，而表面形貌检测系统1可以用来检测对象DUT。在此，对象DUT可以是芯片、晶粒(die)、晶圆(wafer)、面板、电路或具有微结构的表面。前述例子并非用以限制对象DUT的类型与尺寸，实务上对象DUT也可以是任意的物体，于所属技术领域具有通常知识者可以自由选择。图1绘示的表面形貌检测系统1可以具有光源10、透镜11、分光单元12、参考镜13、空间光调制器(spatial lightmodulator)14、透镜15以及影像撷取设备16，以下说明表面形貌检测系统1的光学架构。

光源10是用来提供输入光线，虽然图1绘示了光源10是点光源，但本实施例不加以限制，例如光源10也可以是面光源。此外，光源10可以是白光光源或者是非同调光源，从而输入光线可以是白光光线或者是一种非同调光光线。在此，光源10提供的输入光线会进入透镜11，透镜11的功能是将来自点光源的输入光线转换成平行光。于所属技术领域具有通常知识者应该明白，光源10大致上会在透镜11的焦点位置，从而经过透镜11的输入光线，大致上可被视为一个平面光。当然，如果光源10原本就是平行面光源，实务上也可以不需要透镜11。

分光单元12是位于输入光线的光学路径上，用以将输入光线分为参考光线与测试光线，其中参考光线射向参考镜13，而测试光线射向空间光调制器14。实务上，分光单元12可以是一种光学分光镜，可以将输入光线分割成两道相同的光线。于一个例子中，输入光线与测试光线可以是同一方向，而参考光线可以朝向垂直输入光线的方向。当然，本实施例不限制参考光线与测试光线的方向，例如也有可能输入光线与参考光线是同一方向，而测试光线朝向垂直输入光线的方向。此外，分光单元12到参考镜13的距离可以大致等于分光单元12到对象DUT的距离，本实施例也不以此为限。

空间光调制器14可以具有多个像素，且所述多个像素可以排列成数组形式。在此所称的每一个「像素」可以由液晶组成，所述多个像素能选择透光与不透光状态，从而可以决定光线能否通过。换句话说，空间光调制器14可以依据控制指令cmd来决定哪些像素被开启，那些像素被关闭。在此，本实施例提供的空间光调制器14至少可以分为两个像素群组，分别在不同的时间区间被开启，且至少有一个像素被同时归类在所述两个像素群组中。在此，被同时归类在所述两个像素群组中的像素，本实施例称之为重复像素。举例来说，图1中的空间光调制器14可以具有一种穿透式的像素数组，所述穿透式的像素数组可以具有一液晶层(图未示)，通过控制所述液晶层中的液晶旋转方向，决定是否让光线通过特定像素。

于一些例子中，空间光调制器14可以有不同的设计，例如空间光调制器可以具有反射式的像素数组。所述反射式的像素数组也可以具有液晶层(图未示)，并在所述液晶层后增加一个反射镜(图未示)，从而可以通过控制像素中的液晶旋转方向，决定是否让光线通过并反射到对象DUT。于一个例子中，空间光调制器也可以没有液晶层而仅具有多个反射镜，例如每一个「像素」可以就是一面小反射镜，控制指令cmd可以决定哪些像素被反射到对象DUT，而其它没有被选上的像素可以将光线反射到其它任意的、不产生干扰的位置。

此外，具有液晶层的穿透式的像素数组或反射式的像素数组的空间光调制器14通常会与偏振片搭配使用，不过由于偏振片的功能及用途是所属技术领域中具有通常知识者皆能理解，再加上其并非本发明的重点，在此不予赘述。

为了说明空间光调制器14的操作方式，请一并参阅图1、图2A到图2C，图2A是绘示依据本发明一实施例的空间光调制器于第一时间区间的控制示意图，图2B是绘示依据本发明一实施例的空间光调制器于第二时间区间的控制示意图，图2C是绘示依据本发明一实施例的空间光调制器于第三时间区间的控制示意图。如图所示，空间光调制器14可以具有多个像素140a～140o，不同的像素可以对应到对象DUT表面的不同位置，且空间光调制器14可以依据外部的控制指令cmd调整开启的像素。于图2A的例子示范了在第一时间区间内开启第一像素群组，其余像素是在关闭状态，第一像素群组可例如被定义为像素140a、像素140c、像素140i以及像素140k。也就是说，在第一时间区间内，射向空间光调制器14的测试光线只能从像素140a、像素140c、像素140i以及像素140k穿通过去，射向其它像素的测试光线皆被遮蔽。

从而，穿过这4个像素的测试光线在经过空间光调制器14后，可以被透镜15聚焦照射到对象DUT表面上的4个位置(分别对应像素140a、像素140c、像素140i以及像素140k)。值得一提的是，虽然本实施例以一个像素群组对应4个像素为例，其目的仅在于方便说明，实际上像素群组不限制可以对应几个像素。此外，本实施例定义第一时间区间内从对象DUT取得的光线为第一对象光线，例如测试光线经过像素140a、像素140c、像素140i以及像素140k射向对象DUT表面上4个位置，因此第一时间区间内可以取得4个对应的第一对象光线。

举例来说，当测试光线经过像素140a后，经过透镜15照射到对象DUT表面上的特定位置，再由对象DUT反射出第一对象光线。所述第一对象光线可以再次经过透镜15与像素140a，到达分光单元12，并且由分光单元12导引至影像撷取设备16。于一个例子中，影像撷取设备16可以设置在分光单元12的一侧，用来接收从参考镜13反射回来的参考光线，以及接收从对象DUT表面上的特定位置反射回来的第一对象光线。实务上，参考镜13可以被设计成能够前后移动的镜面，当参考镜13被移动某一距离，影像撷取设备16接收到反射回来的参考光线和第一对象光线的总和亮度最高时，可以视为参考光线和第一对象光线恰好是建设性(constructive)干涉。以物理的意义来说，此时反射回来的参考光线和测试光线为零光程差。由于对应像素140a的第一对象光线到影像撷取设备16是固定的，因此可以通过找出让参考光线和测试光线为零光程差的参考镜13位置，推知参考镜13被移动的距离，从而算出对象DUT特定位置(对应像素140a)的表面形貌。

详细来说，影像撷取设备16在第一时间区间内可以连续拍摄多张影像，每一张影像可以对应参考镜13的一个位置，且每一张影像可以同时接收到参考光线以及对应像素140a的第一对象光线。也就是说，参考镜13可以在第一时间区间内移动一个范围，而影像撷取设备16记录了在参考镜13移动的过程中，每一个参考镜13位置对应的参考光线和第一对象光线的总和亮度。实务上，所述总和亮度可以用灰阶值表现，也就是说在第一时间区间内，影像撷取设备16可以记录一连串的灰阶值。例如，当参考镜13移动了第一距离时，影像撷取设备16记录到的灰阶值最大(总和亮度最高)，即可使用所述第一距离推算出对象DUT的表面形貌。举例来说，如果像素140a对应到对象DUT特定位置的表面形貌为凸起，则参考镜13有可能较靠近分光单元12，如果像素140a对应到对象DUT特定位置的表面形貌为凹陷，则参考镜13有可能较靠远离分光单元12。本实施例在此不限制由所述第一距离推算表面形貌的方式，于所属技术领域具有通常知识者可以依据实际光路架构调整。

本实施例并不限制如何表示对象DUT特定位置的表面形貌，于一个例子中，被记录下来的对象DUT表面形貌数据可以用相对值表现，例如相对于一个基准面，从而只记录比所述基准面高或低几个单位。为了方面说明，本实施例示范整理一个第一时间区间内测得的对象DUT表面形貌数据(第一表面形貌数据)如下表1，表中用不同的像素表示对应到对象DUT表面上不同的位置。然而以下数值只是例示，并不用以限制实际上的数值表示方式或计算方式。

表1

于图2B的例子示范了在第二时间区间内开启第二像素群组，其余像素是在关闭状态，第二像素群组可例如被定义为像素140a、像素140d、像素140j以及像素140l。也就是说，在第二时间区间内，射向空间光调制器14的测试光线只能从像素140a、像素140d、像素140j以及像素140l穿通过去，射向其它像素的测试光线皆被遮蔽。从而，穿过这4个像素的测试光线在经过空间光调制器14后，可以被透镜15聚焦照射到对象DUT表面上的4个位置。所述对象DUT表面上的4个位置中，除了对象DUT表面上对应于像素140a的位置已测量过之外，还有3个新的位置，分别对应像素140d、像素140j以及像素140l。本实施例定义第二时间区间内从对象DUT取得的光线为第二对象光线，例如测试光线经过像素140a、像素140d、像素140j以及像素140l射向对象DUT表面上的4个位置，因此第二时间区间内可以取得4个对应的第二对象光线。

接着，与前述例子相同的是，参考镜13同样可以在第二时间区间内移动一个范围，而影像撷取设备16记录了在参考镜13移动的过程中，每一个参考镜13位置对应的参考光线和第二对象光线的总和亮度，并且可以推算出对象DUT表面上的4个位置的表面形貌。为了方面说明，本实施例示范整理第二时间区间内测得的对象DUT表面形貌数据(第二表面形貌数据)如下表2，并且整合了表1的信息。

像素	第一表面形貌数据	第二表面形貌数据
			140a	+1	+3
140c	+2
			140d		+1
140i	-1
			140j		+2
140k	+3
			140l		-1

表2

由表2可以看出本实施例在第一像素群组与第二像素群组之间设有重复的像素140a(第一重复像素)。因为像素140a扫描对象DUT表面上的位置固定，从而可以计算出在第二时间区间受到的震动干扰程度。例如，表2示范了像素140a对应到对象DUT表面上的位置，在第一时间区间的表面形貌数据为+1，而在第二时间区间的表面形貌数据为+3，可以推知震动差值(第一震动差值)为+2。换句话说，在第二时间区间测量到的所有第二表面形貌数据都受到第一震动差值的干扰，而补偿/扣除第一震动差值之后的第二表面形貌数据才能与第一表面形貌数据有相同的基准。为了方面说明，本实施例示范校正后的第二表面形貌数据如下表3，并且整合了表1的信息。

表3

于图2C的例子示范了在第三时间区间内开启第三像素群组，其余像素是在关闭状态，第三像素群组可例如被定义为像素140b、像素140d、像素140m以及像素140o。也就是说，在第三时间区间内，射向空间光调制器14的测试光线只能从像素140b、像素140d、像素140m以及像素140o穿通过去，射向其它像素的测试光线皆被遮蔽。从而，穿过这4个像素的测试光线在经过空间光调制器14后，可以被透镜15聚焦照射到对象DUT表面上的4个位置。所述对象DUT表面上的4个位置中，除了对象DUT表面上对应于像素140d的位置已测量过之外，还有3个新的位置，分别对应像素140b、像素140m以及像素140o。本实施例定义第三时间区间内从对象DUT取得的光线为第三对象光线，例如测试光线经过像素140b、像素140d、像素140m以及像素140o射向对象DUT表面上4个位置，因此第三时间区间内可以取得4个对应的第三对象光线。

接着，与前述例子相同的是，参考镜13同样可以在第三时间区间内移动一个范围，而影像撷取设备16记录了在参考镜13移动的过程中，每一个参考镜13位置对应的参考光线和第三对象光线的总和亮度，并且可以推算出对象DUT表面上的4个位置的表面形貌。为了方面说明，本实施例示范整理第三时间区间内测得的对象DUT表面形貌数据(第三表面形貌数据)如下表4，并且整合了表2的信息。

表4

由表4可以看出本实施例在第二像素群组与第三像素群组之间设有重复的像素140d(第二重复像素)。因为像素140d扫描对象DUT表面上的位置固定，从而可以计算出在第三时间区间受到的震动干扰程度。值得一提的是，虽然图2C中绘示的第三像素群组并不包含像素140a，但并不表示第三像素群组不能选择像素140a(第一重复像素)。举例来说，实务上也可以选择像素140a、像素140b、像素140m以及像素140o做为第三像素群组，从而第二像素群组与第三像素群组之间的重复像素，可以和第一像素群组与第二像素群组之间的重复像素相同。

回到图2C绘示的例子，表4示范了像素140d对应到对象DUT表面上的位置，在第二时间区间的表面形貌数据为+1，而在第三时间区间的表面形貌数据为+2，可以推知震动差值(第二震动差值)为+1。然而，又因为为了第二表面形貌数据受到第一震动差值的干扰，可知在第三时间区间测量到的所有第三表面形貌数据受到第一震动差值与第二震动差值的影响，补偿/扣除第一震动差值(+2)和第二震动差值(+1)之后的第三表面形貌数据才能与第一表面形貌数据有相同的基准。本实施例示范补偿后的与第三表面形貌数据如下表5。

表5

由表5可知，可知原始的第二表面形貌数据和第三表面形貌数据都有震动造成的影响，从而如果拿没有震动补偿的表面形貌数据，将无法真实反映出对象DUT的表面形貌。应用了本发明所公开的表面形貌检测方法的表面形貌检测系统1，可以在依序开启空间光调制器14上不同的像素群组后，通过对象DUT表面上不同位置的反射光线，判断每个位置的表面形貌，从而达到完整扫描对象DUT指定区域表面形貌的目的。并且，在经过震动补偿后，不同的像素群组对应到的表面形貌数据可以被整合在一起，从而可以取得一份完整且正确的对象DUT指定区域的表面形貌。

为了再次说明本发明的表面形貌检测方法的步骤，请一并参考图1、图2A到图2C以及图3，图3是绘示依据本发明一实施例的表面形貌检测方法的步骤流程图。于步骤S30中，分光单元12可以将输入光线分光为参考光线与测试光线，测试光线可以用来扫描对象DUT的表面形貌。于步骤S32中，于测试光线行进的光学路径上设置空间光调制器14，空间光调制器14中具有多个像素140a～140o。于步骤S34中，可利用外部的计算机工作站或服务器发出控制指令cmd，并利用控制指令cmd控制空间光调制器14，于第一时间区间开启所述多个像素中的第一像素群组(例如像素140a、像素140c、像素140i以及像素140k)，于第二时间区间开启所述多个像素中的第二像素群组(例如像素140a、像素140d、像素140j以及像素140l)。其中，第一像素群组与第二像素群组对应到的像素中，有至少一个重复像素(例如像素140a)。本发明表面形貌检测方法的其它步骤细节，已于前述实施例详细说明，在此不予赘述。

当然，本发明不限制表面形貌检测系统1只能使用图1绘示的光学架构。请一并参阅图1与图4，图4是绘示依据本发明另一实施例的表面形貌检测系统的示意图。同样地，本发明所公开的表面形貌检测方法也可以应用于表面形貌检测系统4。与图1相同的是，表面形貌检测系统4同样具有光源40、透镜41、空间光调制器(spatial light modulator)42、透镜43以及影像撷取设备44。其中光源40、透镜41、透镜43以及影像撷取设备44的功能与前述实施例非常类似，在此不予赘述。与前一实施例不同的是，本实施例的表面形貌检测系统4使用共焦的光学架构，且空间光调制器42可以将对象DUT反射的对象光线导引到影像撷取设备44，使得表面形貌检测系统4同样也可以用来检测对象DUT。

此外，空间光调制器42中每个像素的控制方式与前一实施例相同，同样可以将多个像素分为多个像素群组，且两个像素群组之间具有重复像素。藉此，表面形貌检测系统4也可以在依序开启空间光调制器42上不同的像素群组后，扫描对象DUT指定区域的表面形貌。并且，在经过震动补偿后，不同的像素群组对应到的表面形貌数据可以被整合在一起，从而可以取得一份完整且正确的对象DUT指定区域的表面形貌。

以上所述的实施例及/或实施方式，仅是用以说明实现本发明技术的较佳实施例及/或实施方式，并非对本发明技术的实施方式作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本发明内容所公开的技术手段的范围，当可作些许的更动或修改为其它等效的实施例，但仍应视为与本发明实质相同的技术或实施例。

Claims (9)

1.一种表面形貌检测方法，其特征在于，包含：

提供一测试光线，该测试光线用以测量一对象的表面形貌；

于该测试光线的一光学路径上，提供一空间光调制器，该空间光调制器具有多个像素；以及

控制该空间光调制器，于一第一时间区间开启该像素中的一第一像素群组，于一第二时间区间开启该像素中的一第二像素群组；

其中该第一像素群组与该第二像素群组分别对应部分的该像素，且该第一像素群组与该第二像素群组之间有一第一重复像素；

于该第一时间区间中，该对象反射该测试光线而取得一第一对象光线，于该第二时间区间中，该对象反射该测试光线而取得一第二对象光线；

侦测该第一对象光线，据以产生多个第一表面形貌数据，每一该第一表面形貌数据分别对应该第一像素群组中的每一该像素；

侦测该第二对象光线，据以产生多个第二表面形貌数据，每一该第二表面形貌数据分别对应该第二像素群组中的每一该像素；以及

比对该第一重复像素对应的该第一表面形貌数据与该第一重复像素对应的该第二表面形貌数据，计算一第一震动差值。

2.如权利要求1所述的表面形貌检测方法，其特征在于，更包含：

依据该第一震动差值，补偿该第二表面形貌数据。

3.如权利要求2所述的表面形貌检测方法，其特征在于，更包含：

组合该第一表面形貌数据与补偿后的该第二表面形貌数据。

4.如权利要求2所述的表面形貌检测方法，其特征在于，更包含：

提供一分光单元，用以将一输入光线分为一参考光线与该测试光线；

比对该第一对象光线与该参考光线，以产生该第一表面形貌数据；以及

比对该第二对象光线与该参考光线，以产生该第二表面形貌数据。

5.如权利要求1所述的表面形貌检测方法，其特征在于，更包含：

控制该空间光调制器，于一第三时间区间开启该像素中的一第三像素群组；

其中该第三像素群组对应部分的该像素，且该第二像素群组与该第三像素群组之间有一第二重复像素。

6.如权利要求5所述的表面形貌检测方法，其特征在于，该第一重复像素不同于该第二重复像素。

7.如权利要求5所述的表面形貌检测方法，其特征在于，于该第三时间区间中，该对象反射该测试光线而取得一第三对象光线。

8.如权利要求7所述的表面形貌检测方法，其特征在于，更包含：

侦测该第三对象光线，据以产生多个第三表面形貌数据，每一该第三表面形貌数据分别对应该第三像素群组中的每一该像素；以及

比对该第二重复像素对应的第二表面形貌数据与该第二重复像素对应的该第三表面形貌数据，计算一第二震动差值。

9.如权利要求8所述的表面形貌检测方法，其特征在于，更包含：

依据第一震动差值与该第二震动差值，补偿该第三表面形貌数据。

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