JP2021530714A - クロマティック共焦点エリアセンサ - Google Patents

Abstract

ボール高さ、共平面性、構成要素厚さ、又は反り等のワークピース上の特徴についての３Ｄ測定値が決定される。システムは、広帯域光源と、マイクロレンズアレイと、同調可能型カラーフィルタと、レンズシステムと、検出器と、を含む。マイクロレンズアレイは、マイクロレンズアレイの焦点面内の点に光ビームを集中させてもよい。同調可能型カラーフィルタは、中央波長での帯域に光ビームを狭小化させてもよい。レンズシステムは、異なる波長がレンズシステムからの異なる距離に結像させられる軸上色収差を提供してもよい。

Description

本開示は、３Ｄ測定システムに関する。

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年７月２４日に出願された米国仮特許出願及び譲渡された米国特許出願第６２／７０２８９４号の優先権を主張し、それらの開示内容が参照によって本明細書に組み込まれる。

半導体製造産業界の進展が、収益管理に対する、特に計測及び検査システムに対する要求を増々大きくしている。限界寸法が縮小し続けているが、それでも、産業界は、高収率、高価値生産を達成するために時間を短縮する必要がある。収率問題を検出することからそれを修復するまでの全体時間を最小化することが、半導体メーカにとっての投資対効果を決定する。

検査システムが、半導体製造のバックエンドにおいて用いられてもよい。完成パッケージについての検査は、例えば、構成要素厚さ、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）の共平面性、統合受動素子（ＩＰＤ）の高さ、又はリード付きデバイスのリードの傾斜角を測定することを含んでもよい。３Ｄ検査が、スタッキング装置等のパッケージ産業の発展のために増々重要になっている。

多くの半導体素子は、３Ｄ表面又は特徴を含む。３Ｄ表面又は特徴は、クロマティック共焦点システムを用いて測定されてきたけれども、かかるシステムは、低速であるか、又は高操業費を有する。共焦点ポイント及びラインセンサは、高さ測定中になんらかの機械的移動を典型的に必要とする。機械的移動は、通常、低速であり、測定の正確度を低下させる振動をもたらすことがある。

例えば、クロマティック共焦点ポイントセンサが用いられてきた。広帯域点光源からの光が、軸上色収差を有する光学システムを通してワークピースに導かれる。その結果、異なる波長が、光学システムからの異なる距離に集中させられる。光は、検査中のワークピース上で反射して光学システムに戻る。反射光は、次いで、空間フィルタとして作用するピンホールに向かって進む。検査中の対象上に焦点が合っていない波長が、ピンホールによって遮断されることになる。焦点が合っている波長だけが通過してもよい。分光器が、ピンホールを通過する光を収集する。測定された波長に基づいて、光学システムから検査中の対象までの距離が決定されてもよい。クロマティック共焦点ポイントセンサを有するシステムは、検査中の対象のＸ及びＹ方向の並進を必要とし、これが、複雑さを増加させ、処理能力を低減し、正確度を低減する。

クロマティック共焦点ラインセンサの別の例において、点光源は、線光源によって置換され、ピンホールは、スリットによって置換される。分光器は、２Ｄセンサである。１つの軸線が用いられて、線上での位置を決定する。別の軸線が用いられて、波長を決定する。この例では、線の個々の点が並行して測定される。線光源及びスリットを有するシステムは、それでも一方向の対象の並進を必要とし、これは、共焦点ポイントセンサについてと同じ欠点を呈する。

クロマティック共焦点の更に別の例において、点光源は、点光源のアレイによって置換され、ピンホールは、ピンホールのアレイによって置換される。分光器は、Ｘ位置、Ｙ位置、及び波長の３つの大きさを分析する。配列が、分光器内の２Ｄセンサにおいてこれらの３つの大きさを多重化することを必要とされる。点光源及びピンホールのアレイを有するシステムは、高さ測定中に機械的移動を必要としなくてもよい。この場合、Ｘ、Ｙ、及び波長は、単一ショットで測定される。しかし、３Ｄデータは、２Ｄセンサ上で多重化される。その結果、分解能について折衷案が作成される。ＸＹ分解能を増加させることは、Ｚ分解能を減少させ、その逆もまた同じである。かかる折衷案は、大規模な半導体製造に対して不十分であることがあり、又は、測定の正確度に影響を及ぼすことがある。

別の例では、ガルバノミラーが、クロマティック共焦点ポイントセンサから突出した点が検査中のワークピースにわたってスイープされるように用いられることにより、クロマティック共焦点ラインセンサを形成する。線の個々の点が、連続して測定される。ガルバノミラーを有するシステムは、一方向の対象の並進を必要とし、同時に、ガルバノミラーは、別の方向にスキャンしている。これは、別の従来の設計と同様に、複雑さを増加させ、処理能力を低減し、正確度を低減する。

クロマティック共焦点エリアセンサは、また、クロマティック共焦点ラインセンサをガルバノミラーと結合させることによって形成されてもよい。このように、線が、ワークピースにわたってスイープされる。スキャンされた領域からの個々の線が、連続して測定される。共焦点ラインセンサとガルバノミラーとを結合するシステムについては、対象は、ガルバノミラーが対象にわたって１つの線をスキャンしている間、固定されている。エリアスキャンシステムと比較して、ガルバノミラーシステムについての画像取得の積算時間は、より小さい。これは、厳しい要件を光源の出力レベルに設定することがある。

色収差に基づいていない共焦点センサは、また、Ｚ方向のスキャンが検査中の対象の完全な３Ｄ再構成の実行を可能にすることを要求する。これは、対象をＺ方向に並進させることによって、又はピンホールをＺ方向に並進させることによって実行されてもよい。しかし、これは、依然として対象又はマイクロレンズをＺ方向に並進させることを必要とする。

米国特許出願公開第２０１５／００５４９３７号

そのため、改善された３Ｄ測定システムが必要とされる。

システムが、第１実施形態において提供される。システムは、光ビームを発生させる広帯域光源と、ワークピースを保持するように構成されたステージと、光ビームの経路内に配置されたマイクロレンズアレイと、光ビームの経路内に配置された同調可能型カラーフィルタと、光ビームを用いてワークピース上に複数の点を結像させるように配置されたレンズシステムと、ステージ上のワークピースから光ビームを受け取るように配置された検出器と、を備える。マイクロレンズアレイは、マイクロレンズアレイの焦点平面内の複数の点に光ビームを集中させる。マイクロレンズアレイは、また、ステージ上のワークピースから反射されている光ビームに対する空間フィルタとして構成されていることにより、ステージ上のワークピースに焦点が合っている光ビームだけを通過させる。同調可能型カラーフィルタは、中央波長での帯域に光ビームを狭小化させるように構成されている。レンズシステムは、異なる波長がレンズシステムからの異なる距離に結像させられる軸上色収差を提供するように構成されている。ステージ上のワークピースから反射された光ビームは、検出器によって受け取られる前にマイクロレンズアレイを通して導かれる。

システムは、同調可能型カラーフィルタとマイクロレンズアレイとの間の光ビームの経路内に配置されたコリメートレンズを更に含んでもよい。コリメートレンズは、光ビームをコリメートして、光ビームをマイクロレンズアレイに導くように構成されてもよい。一例では、同調可能型カラーフィルタは、光ビームの経路に沿ってマイクロレンズアレイとレンズシステムとの間に配設される。

検出器は、グレースケールエリアスキャンカメラであってもよい。

レンズシステムは、対物レンズであってもよい。

システムは、同調可能型カラーフィルタとレンズシステムとの間の光ビームの経路内に配置されたビームスプリッタを更に含んでもよい。

システムは、マイクロレンズアレイとレンズシステムとの間の光ビームの経路内に配置されたチューブレンズを更に含んでもよい。

同調可能型カラーフィルタは、広帯域光源とマイクロレンズアレイとの間に配設されてもよい。

同調可能型カラーフィルタは、マイクロレンズアレイと検出器との間に配設されてもよい。

複数の同調可能型カラーフィルタが、光ビームの経路内に配置されてもよい。

同調可能型カラーフィルタは、液晶同調可能型フィルタ、音響光学同調可能型フィルタ、又は同調可能型ファブリペローエタロンであってもよい。

システムは、検出器と電気通信しているプロセッサを更に含んでもよい。プロセッサは、ワークピース上の特徴についての３Ｄ測定値を決定するように構成されてもよい。

方法が、第２実施形態において提供される。光ビームが、広帯域光源を用いて発生させられる。マイクロレンズアレイを用いて、光ビームは、マイクロレンズアレイの焦点面内の複数の点に集中させられる。マイクロレンズアレイは、空間フィルタとして構成されている。光ビームは、同調可能型カラーフィルタを用いて中央波長での帯域に狭小化させられる。複数の点が、レンズシステムを用いてワークピース上に結像させられる。レンズシステムは、異なる波長がレンズシステムからの異なる距離に結像させられる軸上色収差を提供するように構成されている。マイクロレンズアレイを用いて、ワークピースに焦点が合っている、ワークピースから反射された光ビームが通過させられる。ワークピースから反射された光ビームは、検出器において受け取られる。

方法は、プロセッサを用いてワークピース上の特徴についての３Ｄ測定値を決定することを更に含んでもよい。一例では、方法は、短波長から長波長まで狭帯域をスイープすることと、プロセッサを用いてワークピースのトポグラフィを決定することと、を更に含む。一例では、３Ｄ測定値は、ボール高さ、共平面性、構成要素厚さ、及び反りのうちの１つ又は複数を含む。一例では、方法は、決定中にワークピースの部分をスキップすることを更に含む。

選択されたＺレベルにある、ワークピースからの１つ又は複数の特徴だけが、検出器によって検出されてもよい。

本開示の性質及び対象についてのより十分な理解のために、次の添付図面に関連して行なわれる以下の詳細な説明に参照がなされなければならない。

本開示に従うシステムの第１実施形態についての線図である。 図１のシステムを用いる測定範囲についての線図である。 例示的なワークピースでの測定を示す図である。 本開示に従う方法についての流れ図である。 本開示に従うシステムの別の実施形態についての線図である。 本開示に従うシステムの別の実施形態についての線図である。 本開示に従うシステムの別の実施形態についての線図である。 本開示に従うシステムの別の実施形態についての線図である。 結合された測定範囲を示す図である。

クレームされる主題が特定の実施形態に関して記述されるけれども、本明細書において述べられた利点及び特徴の全てを提供するわけではない実施形態を含む別の実施形態が、また、本開示の範囲内にある。様々な構造的な、論理的な、プロセスステップの、及び電気的な変更が、本開示の範囲から逸脱することなくなされてもよい。したがって、本開示の範囲は、添付クレームだけに関連して規定される。

本明細書で開示された実施形態が用いられて、ワークピースにおける３Ｄ測定を実行してもよく、当該ワークピースは、検査中の電気構成要素又は別の対象を含んでもよい。３Ｄ測定値は、ボール高さ、共平面性、構成要素厚さ、反り、又は別の測定値を含んでもよい。

対象についての（ＸＹ及びＺの両方向の）高分解能３Ｄ再構成が達成されてもよい。ＸＹ分解能とＺ分解能とが互いに独立しているので、本明細書で開示された実施形態を用いるスケーラビリティが、従来の分解よりも良好である。関連する機械的移動が存在せず、これが振動を排除する。これが、正確度及び反復性の改善を提供する。関心対象でない、測定範囲の部分がスキップされてもよく、これがより高速な結果を提供する。

図１は、システム１００の第１実施形態についての線図であり、図２は、システム１００を用いる測定範囲についての線図である。Ｚ方向のワークピース１０８の機械的スキャンが、排除されている。システム１００は、同調可能型カラーフィルタを用いて、機械的移動を伴わずに測定範囲を通してスキャンする。システム１００は、関心対象の領域内の測定範囲を分割して、関連したデータが見つけられ得る可能性がない部分をスキップする能力を有する。システム１００は、共焦点曲線形状を決定するためのリアルタイムアルゴリズムを用いることによって、共焦点曲線のサンプリングの最適化を可能にしてもよい。これは、より高速な測定を提供できるより高速なスキャンを可能にしてもよい。

図２に示すように、レンズ１０６及び１０７が、レンズの焦点距離が波長の関数であるように設計されている。図２のそれぞれのドットは、同調可能型カラーフィルタによって選択された特定の波長帯域に対応する。波長帯域をλ₁からλ_nまで変化させることによって、測定範囲がスキャンされて、対象がどの位置にあるかを検出してもよい。

図１に戻って参照すると、システム１００は、光ビーム１１１を発生させる広帯域光源１０１を有する。広帯域光源１０１の波長は、検出器１１０によって検出されてもよい。波長は、可視光、近赤外線、短波赤外線、紫外線、又は別の波長であってもよい。

ステージ１１２が、ワークピース１０８を保持するように構成されている。一例では、ワークピース１０８及び／又はステージ１１２は、固定されて移動しない。ワークピース１０８は、半導体ウェーハ又は半導体パッケージであってもよい。

同調可能型カラーフィルタ１０２が、光ビーム１１１の経路内に配置されている。同調可能型カラーフィルタ１０２は、中央波長での帯域に光ビーム１１１を狭小化させるように構成されている。同調可能型カラーフィルタ１０２は、液晶同調可能型フィルタ、音響光学同調可能型フィルタ、又は同調可能型ファブリペローエタロンであってもよい。同調可能型カラーフィルタ１０２は、また、液晶等を有する偏光子を含んでもよい。異なる光学フィルタの間で変化するように動力化されたフィルタ輪又は別の機構が、用いられてもよい。同調可能型カラーフィルタ１０２は、１つ又は複数の周波帯について帯域通過であってもよい。

一例では、同調可能型カラーフィルタ１０２は、共焦点曲線の幅にほぼ等しい帯域幅を有する。

一例では、同調可能型カラーフィルタ１０２は、広帯域光源１０１と、マイクロレンズアレイ１０５又はビームスプリッタ１０４との間の光ビーム１１１の経路内に配置されてもよい。別の例では、同調可能型カラーフィルタ１０２は、マイクロレンズアレイ１０５と検出器１１０との間の光ビーム１１１の経路内に配設されてもよい。別の特定の実施形態では、複数の同調可能型カラーフィルタ１０２が、光ビーム１１１の経路に沿った１つ又は複数の場所で光ビーム１１１の経路内に配置されている。

コリメートレンズ１０３が、同調可能型カラーフィルタ１０２又は広帯域光源１０１と、マイクロレンズアレイ１０５との間の光ビーム１１１の経路内に配置されている。コリメートレンズ１０３は、コリメートされるように光ビーム１１１を変化させて、マイクロレンズアレイ１０５に導かれるように構成されている。

ビームスプリッタ１０４が、同調可能型カラーフィルタ１０２と、マイクロレンズアレイ１０５又はレンズシステム１０７との間の光ビーム１１１の経路内に配置されてもよい。

マイクロレンズアレイ１０５が、光ビーム１１１の経路内に配置されている。システム１００の正確度は、マイクロレンズアレイ１０５の開口数（ＮＡ）に依存してもよい。マイクロレンズアレイ１０５のマイクロレンズ同士間のピッチは、横方向サンプリング分解能及びクロストークの量に影響を及ぼすことがある。マイクロレンズアレイ１０５は、マイクロレンズアレイ１０５の焦点面内の複数の点に光ビーム１１１を集中させる。マイクロレンズアレイ１０５は、ステージ１１２上のワークピース１０８から反射されている光ビーム１１１に対する空間フィルタとして構成されることにより、ステージ１１２上のワークピース１０８に焦点が合っている光ビーム１１１だけを通過させる。

レンズシステム１０７が光ビーム１１１の経路内に配置されて、光ビーム１１１を用いてワークピース１０８上に複数の点を結像させる。例えば、レンズシステム１０７は、対物レンズであってもよい。レンズシステム１０７は、異なる波長がレンズシステム１０７からの異なる距離に結像させられる軸上色収差を提供するように構成されている。色収差は、屈折、回折、又は屈折と回折との結合によって誘発されてもよい。

チューブレンズ１０６が、マイクロレンズアレイ１０５又はビームスプリッタ１０４と、レンズシステム１０７との間の光ビーム１１１の経路内に配置されてもよい。一例では、チューブレンズ１０６は、色収差によって回析を生じる。

ステージ１１２上のワークピース１０８から反射された光ビーム１１１は、検出器１１０によって受け取られる前に、マイクロレンズアレイ１０５を通して導かれてもよい。

結像レンズ１０９は、ビームスプリッタ１０４と検出器１１０との間の光ビームの経路内に配置されている。結像レンズ１０９は、マイクロレンズアレイ１０５を検出器１１０上に結像させてもよい。

随意の焦点同調可能型レンズが、システム１００内に用いられてもよく、そして、チューブレンズ１０６とレンズシステム１０７との間の光ビームの経路内に配置されてもよい。焦点同調可能型レンズをシステム１００内に導入することによって、測定範囲が、機械的移動を伴わずにＺ方向にシフトされてもよい。これが用いられて、Ｚ範囲を拡大してもよい。電気的同調可能型液体レンズが、焦点同調可能型レンズについての例である。図９は、結合された測定範囲を示す。

検出器１１０が、ステージ１１２上のワークピース１０８から光ビーム１１１を受け取るように配置されている。検出器１１０は、グレースケールエリアスキャンカメラ、又は別のタイプのデバイスであってもよい。検出器１１０は、強度を測定してもよい。

プロセッサ１１３が、検出器１１０と電気通信していてもよい。プロセッサ１１３は、ワークピース１０８上の特徴についての３Ｄ測定値を決定するように構成されてもよい。本明細書に記載されたプロセッサ１１３、別の１つ又は複数のシステム、あるいは別の１つ又は複数のサブシステムは、様々なシステムの部分であってもよく、当該システムは、パーソナルコンピュータシステム、画像コンピュータ、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、ネットワークアプライアンス、インターネットアプライアンス、又は別のデバイスを含む。

プロセッサ１１３は、システム１００若しくは別のデバイス内に、又はそれの異なる部分内に配設されてもよい。一例では、プロセッサ１１３は、独立型制御ユニットの部分であってもよく、又は集中型品質制御ユニット内にあってもよい。マルチプロセッサ１１３が用いられてもよい。

プロセッサ１１３は、ハードウェア、ソフトウェア、及びファームウェアのいずれかの組合せによって実際に実装されてもよい。また、本明細書に記載されたようなそれの機能が、１つのユニットによって実行されてもよく、又は異なる構成要素に分割されてもよく、当該機能のそれぞれが、次にハードウェア、ソフトウェア、及びファームウェアのいずれかの組合せによって実装されてもよい。様々な方法及び機能を実装するためのプロセッサ１１３に対するプログラムコード又は命令が、プロセッサ１１３と電気通信している電子データ記憶ユニット内のメモリ等の可読記憶媒体内に記憶されてもよい。

プロセッサ１１３は、システム１００の出力、又は別の出力を用いていくつかの機能を実行するように構成されてもよい。例えば、プロセッサ１１３は、電子データ記憶ユニットに出力を送るように構成されてもよい。プロセッサ１１３は、本明細書に記載されたように更に構成されてもよい。

プロセッサ１１３は、本明細書に記載された実施形態のうちのいずれかに従って構成されてもよい。プロセッサ１１３は、また、システム１００の出力を用いて、又は別の源からの画像若しくはデータを用いて、別の機能又は追加のステップを実行するように構成されてもよい。

プロセッサ１１３は、当該技術分野で公知のなんらかの方式で、システム１００の様々な構成要素又はサブシステムのうちのいずれかに通信可能に結合されてもよい。更に、プロセッサ１１３は、有線及び／又は無線部分を含んでもよい伝送媒体によって、別のシステムからのデータ又は情報を受け取る及び／又は取得する（例えば、検査が、精査ツール等の検査システム、設計データ等を含む遠隔データベース等からもたらされる）ように構成されてもよい。このように、伝送媒体は、プロセッサ１１３と、システム１００の別のサブシステム、又はシステム１００の外部のシステムとの間のデータリンクとして機能してもよい。

本明細書において開示されたシステム１００及び方法の様々なステップ、機能、及び／又は作用が、電子回路、論理ゲート、マルチプレクサ、プログラム可能論理デバイス、ＡＳＩＣ、アナログ若しくはデジタル制御／スイッチ、マイクロコントローラ、又は計算システムのうちの１つ又は複数によって実行される。本明細書に記載されたもの等のプログラム命令実装方法が、キャリア媒体にわたって伝送されるか、又はそれに記憶されてもよい。キャリア媒体は、読取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気又は光学ディスク、不揮発性メモリ、ソリッドステートメモリ、磁気テープ等の記憶媒体を含んでもよい。キャリア媒体は、有線、ケーブル、又は無線伝送リンク等の伝送媒体を含んでもよい。例えば、本開示全体を通して説明された様々なステップは、シングルプロセッサ１１３、又はその代替としてマルチプロセッサ１１３によって実行されてもよい。更に、システム１００の異なるサブシステムが、１つ又は複数の計算又は論理システムを含んでもよい。そのため、上記の説明は、本開示についての限定ではなく、単に説明として解釈されなければならない。

一例では、広帯域光源１０１からの光ビーム１１１が、コリメートレンズ１０３を通して送られる。コリメートされている光ビーム１１１は、マイクロレンズアレイ１０５に当たり、当該マイクロレンズアレイは、光ビーム１１１をマイクロレンズアレイ１０５の焦点面内の複数の点に集中させる。複数の点は、レンズシステム１０７によってワークピース１０８に結像させられる。レンズシステム１０７内での軸上色収差のために、異なる波長が、レンズシステム１０７からの異なる距離に結像させられる。

広帯域光源１０１の帯域幅全体を用いる代わりに、システム１００は、光ビーム１１１の照明経路内に同調可能型カラーフィルタ１０２を用いる。この同調可能型カラーフィルタ１０２は、選択された中央波長での狭帯域だけの通過を可能にしてもよい。対象側において、これは、測定範囲内の単一のＺレベルを選択することに対応してもよい。

光ビーム１１１は、ワークピース１０８上で反射して、マイクロレンズアレイ１０５に向かってレンズシステム１０７を通って後方に進む。マイクロレンズアレイ１０５は、ここでは空間フィルタとして動作して、ワークピース１０８に焦点が合っている光ビーム１１１だけを通過させる。それで、選択されたＺレベルにあるワークピース１０８からの点だけが、検出器１１０上に信号をもたらす。

短波長から長波長まで狭帯域をスイープすることによって、システム１００は、測定範囲全体を通してスキャンして、ワークピース１０８のトポグラフィ全体を再構成してもよい。

作用は、波長の単一範囲に限定さない。用いられる波長範囲が、検査中の対象による必要に応じて選択されてもよい。例えば、良好な反射を伴う対象は、可視光を用いてもよく、短波長が４５０ｎｍのものであってもよく、長波長が６５０ｎｍのものであってもよい。帯域通過が変化する態様は、同調可能型カラーフィルタのタイプに依存してもよい。

機械的移動が、システム１００を用いる測定中に必要とされなくてもよい。ＸＹ方向移動が必要とされず、その理由は、システムがマイクロレンズアレイ１０５に基づいており、一度に大きい長方形面積をキャプチャするからである。Ｚ方向のスキャンは、同調可能型カラーフィルタ１０２からの帯域通過を変化させることによって実行される。機械的移動が存在しないので、システム１００は、振動が無く、それで従来のシステムと比較して処理能力が改善されている。波長間の切替えは、同調可能型カラーフィルタ１０５のタイプに基づいて、マイクロ秒又はミリ秒以内で実行されてもよい。

測定範囲の特定部分をスキップすることが可能である。図３は、例示的なワークピースについての測定を示す。例えば、図３のボールグリッドアレイにおけるボール高さが測定されてもよい。図３において、測定範囲内のドットは、同調可能型カラーフィルタよって設定された色、及び結果として生じる焦点の点を示す。これは、複数のスキャン点が範囲Ａ及びＢ内で用いられていることを示す。同調可能型フィルタがλ_A,highからλ_B,lowまで色を直接変化させるので、範囲Ｃ内にスキャン点が存在しない。

基板付近の範囲Ａ及びボール頂部付近の範囲Ｂが、公称ボール高さに基づいて選択されてもよい。ＡとＢとの間（すなわち、λ_A,highとλ_B,lowとの間）の範囲Ｃは、関連するデータを有しておらず、それでスキップされてもよい。同調可能型カラーフィルタは、波長を小さいステップで変化させてもよい。次いで、波長は、λ_A,highからλ_B,lowまで変化させられてもよい。次いで、小さいステップが、λ_B,lowからλ_B,highまで進行するように再び用いられてもよい。

機械的Ｚスキャンを伴う従来のシステムは、測定範囲の部分をスキップすることができなかったが、その理由は、対象又はマイクロレンズアレイが、１つの場所から別の場所まで物理的に移動しなければならないからである。それで、機械式スキャンの場合、範囲Ｃはとにかくスキャンされなければならない。システム１００は、範囲Ａから範囲Ｂまでジャンプすることによって、関連するデータについてのより高速な測定を提供する。

グレースケールエリアスキャンカメラが、検出器１１０として用いられてもよい。波長が、同調可能型カラーフィルタ１０２によって選択される。ＸＹ分解能とＺ分解能とは、多重化信号が存在しないので、互いに独立している。相互依存しているＸＹ分解能とＺ分解能とは、また、図３のボール高さ測定の例によってわかるように、明瞭になる。

従来のクロマティック共焦点システムにおいて、ピクセルの線毎の対象上のそれぞれのサンプリング点が、波長を測定するためにセンサに保存される。それぞれの線内のピクセルの量は、ＸＹ分解能とＺ分解能との間の折衷案であった。線が長い程、より良好なＺ分解能が与えられるけれども、より不良のＸＹ分解能が与えられ、その逆もまた同じである。波長測定は、λ_A,lowからλ_B,highまでの全体範囲を網羅するけれども、λ_A,highからλ_B,lowまでの波長を測定するように割り当てられたピクセルは、この場合、無用である。高価な高分解能カメラが用いられて十分なＸＹ及びＺ分解能を得てもよいけれども、ピクセルのうちの多くが用いられない。これは、データを処理するときのオーバーヘッドを形成する。たとえピクセルが有益な情報を含まなくても、ピクセルは依然として処理される。

図４は、方法２００についての流れ図である。２０１において、光ビームが、広帯域光源を用いて発生させられる。２０２において、光ビームは、マイクロレンズアレイを用いて、マイクロレンズアレイの焦点面内の複数の点に集中させられる。マイクロレンズアレイは、空間フィルタとして構成されている。２０３において、光ビームは、同調可能型カラーフィルタを用いて、中央波長での帯域に狭小化させられる。２０４において、複数の点が、レンズシステムを用いてワークピース上に結像させられる。レンズシステムは、異なる波長がレンズシステムからの異なる距離に結像させられる軸上色収差を提供するように構成されている。２０５において、ワークピースに焦点が合っている、ワークピースから反射された光ビームが、マイクロレンズアレイを用いて通過させられる。２０６において、ワークピースから反射された光ビームは、検出器において受け取られる。

方法２００は、プロセッサを用いてワークピース上の特徴についての３Ｄ測定値を決定することを更に含んでもよい。３Ｄ測定値は、ボール高さ、共平面性、構成要素厚さ、及び反りのうちの１つ又は複数を含んでもよい。一例では、方法２００は、短波長から長波長まで狭帯域をスイープすることと、プロセッサを用いてワークピースのトポグラフィを決定することと、を更に含む。

光ビームは、マイクロレンズアレイを用いて集中の前にコリメートされてもよい。

選択されたＺレベルにある、ワークピースからの１つ又は複数の特徴だけが、検出器によって検出されてもよい。図３に関して言及されたように、ワークピース上の範囲の部分が、方法２００を用いてスキップされてもよい。

光ビーム１１１の経路に関して、広帯域光源１０１とコリメートレンズ１０３との間の同調可能型カラーフィルタ１０２について図１に示されているけれども、同調可能型カラーフィルタ１０２は、システム１００内のどこか別の場所に配置されてもよい。例えば、同調可能型カラーフィルタ１０２は、光ビーム１１１の経路に沿って、マイクロレンズアレイ１０５とレンズシステム１０７との間に配設されてもよい。

図５〜８は、本開示に従うシステムの別の実施形態についての線図である。これらの別の実施形態は、システムの全体サイズ又はスペース必要条件に影響を及ぼしてもよい。同調可能型カラーフィルタ１０５は、光路内の別の場所の、検出器１１０の前方に配置されてもよい。これは、システムの機能を変更しない。図５において、システム３００は、コリメートレンズ１０３とビームスプリッタ１０４との間の光ビーム１１１の経路内に同調可能型カラーフィルタ１０２を配置している。図６において、システム４００は、ビームスプリッタ１０４とマイクロレンズアレイ１０５との間の光ビーム１１１の経路内に同調可能型カラーフィルタ１０２を配置している。図７において、システム５００は、ビームスプリッタ１０４と結像レンズ１０９との間の光ビーム１１１の経路内に同調可能型カラーフィルタ１０２を配置している。図８において、システム４００は、結像レンズ１０９と検出器１１０との間の光ビーム１１１の経路内に同調可能型カラーフィルタ１０２を配置している。

２つ以上の同調可能型カラーフィルタ１０５が、また、光路内の複数の場所に用いられて、帯域幅を改善及び／又は狭小化させられてもよい。このように、システムは、図１又は図５〜８に示された場所に、２つ又はそれを上回る同調可能型カラーフィルタ１０５を含んでもよい。２つのカラーフィルタを用いることによって、通過帯域の帯域幅が低減されてもよい。帯域幅が狭い程、より正確なＺ測定値をもたらしてもよい。帯域幅を低減するために、第１フィルタの通過帯域と第２フィルタの通過帯域とが、異なる中央波長を有しながら重複してもよい。例えば、第１フィルタは、５００ｎｍに中心がある、１０ｎｍの帯域幅を有してもよく、一方、第２フィルタは、５０５ｎｍに中心がある、１０ｎｍの帯域幅を有してもよい。両フィルタの結合は、５０２．５ｎｍに中心がある、５ｎｍの帯域幅を有してもよい。

一実施形態では、ロンキールーリングが、マイクロレンズアレイ１０５の代わりに用いられてもよい。ロンキールーリングは、一群の平行なスリットである。システムがマイクロレンズアレイ１０５に基づいているならば、それは、平行に走るポイントセンサと同様に作用してもよい。システムがロンキールーリングに基づいているならば、それは、平行に走るラインセンサと同様に作用してもよい。わずかにより広い共焦点曲線が生じることがあるけれども、ロンキールーリングはコストを下げてもよい。

別の一実施形態では、ピンホールアレイが、マイクロレンズアレイ１０５の代わりに用いられてもよい。

本開示は、１つ又は複数の特定実施形態について記述されてきたけれども、本開示の別の実施形態が、本開示の範囲から逸脱することなく成されてもよいことが理解されるであろう。それゆえに、本開示は、添付クレーム及びそれの合理的な解釈だけによって限定されると考えられる。

Claims (18)

1. システムであって、
   光ビームを発生させる広帯域光源と、
   ワークピースを保持するように構成されたステージと、
   前記光ビームの経路内に配置されたマイクロレンズアレイであって、前記マイクロレンズアレイは、前記マイクロレンズアレイの焦点面内の複数の点に前記光ビームを集中させており、前記マイクロレンズアレイは、前記ステージ上の前記ワークピースから反射されている前記光ビームに対する空間フィルタとして構成されていることにより、前記ステージ上の前記ワークピースに焦点が合っている前記光ビームだけを通過させる、マイクロレンズアレイと、
   前記光ビームの前記経路内に配置された同調可能型カラーフィルタであって、前記同調可能型カラーフィルタは、中央波長での帯域に前記光ビームを狭小化させるように構成されている、同調可能型カラーフィルタと、
   前記光ビームを用いて、前記ワークピース上に前記複数の点を結像させるように配置されたレンズシステムであって、前記レンズシステムは、異なる波長が前記レンズシステムからの異なる距離に結像させられる軸上色収差を提供するように構成されている、レンズシステムと、
   前記ステージ上の前記ワークピースから前記光ビームを受け取るように配置された検出器であって、前記ステージ上の前記ワークピースから反射された前記光ビームは、前記検出器によって受け取られる前に前記マイクロレンズアレイを通して導かれる、検出器と、
   を備える、システム。
2. 前記同調可能型カラーフィルタと前記マイクロレンズアレイとの間の前記光ビームの前記経路内に配置されたコリメートレンズを更に備え、前記コリメートレンズは、前記光ビームをコリメートし、前記光ビームを前記マイクロレンズアレイに導くように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記同調可能型カラーフィルタは、前記光ビームの前記経路に沿って前記マイクロレンズアレイと前記レンズシステムとの間に配設されている、請求項２に記載のシステム。
4. 前記検出器は、グレースケールエリアスキャンカメラである、請求項１に記載のシステム。
5. 前記レンズシステムは、対物レンズである、請求項１に記載のシステム。
6. 前記同調可能型カラーフィルタと前記レンズシステムとの間の前記光ビームの前記経路内に配置されたビームスプリッタを更に備える、請求項１に記載のシステム。
7. 前記マイクロレンズアレイと前記レンズシステムとの間の前記光ビームの前記経路内に配置されたチューブレンズを更に備える、請求項１に記載のシステム。
8. 前記同調可能型カラーフィルタは、前記広帯域光源と前記マイクロレンズアレイとの間に配設されている、請求項１に記載のシステム。
9. 前記同調可能型カラーフィルタは、前記マイクロレンズアレイと前記検出器との間に配設されている、請求項１に記載のシステム。
10. 複数の前記同調可能型カラーフィルタが、前記光ビームの前記経路内に配置されている、請求項１に記載のシステム。
11. 前記同調可能型カラーフィルタは、液晶同調可能型フィルタ、音響光学同調可能型フィルタ、又は同調可能型ファブリペローエタロンである、請求項１に記載のシステム。
12. 前記検出器と電気通信しているプロセッサを更に備え、前記プロセッサは、前記ワークピース上の特徴についての３Ｄ測定値を決定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
13. 方法であって、
    広帯域光源を用いて、光ビームを発生させるステップと、
    マイクロレンズアレイを用いて、前記マイクロレンズアレイの焦点面内の複数の点に前記光ビームを集中させるステップであって、前記マイクロレンズアレイは、空間フィルタとして構成されている、ステップと、
    同調可能型カラーフィルタを用いて、中央波長での帯域に前記光ビームを狭小化させるステップと、
    レンズシステムを用いて、ワークピース上に複数の点を結像させるステップであって、前記レンズシステムは、異なる波長が前記レンズシステムからの異なる距離に結像させられる軸上色収差を提供するように構成されている、ステップと、
    前記マイクロレンズアレイを用いて、前記ワークピースに焦点が合っている、前記ワークピースから反射された前記光ビームを通過させるステップと、
    前記ワークピースから反射された前記光ビームを検出器において受け取るステップと、
    を含む、方法。
14. プロセッサを用いて、前記ワークピース上の特徴についての３Ｄ測定値を決定するステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
15. 短波長から長波長まで狭帯域をスイープするステップと、
    前記プロセッサを用いて、前記ワークピースのトポグラフィを決定するステップと、
    を更に含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記３Ｄ測定値は、ボール高さ、共平面性、構成要素厚さ、及び反りのうちの１つ又は複数を含む、請求項１４に記載の方法。
17. 前記決定するステップ中に、前記ワークピースの部分をスキップするステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
18. 選択されたＺレベルにある、前記ワークピースからの１つ又は複数の特徴だけが、前記検出器によって検出される、請求項１４に記載の方法。

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