TW201913032A - 光學測試方法及光學測試系統 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一種光學測試方法，包括發射光通過設置在一固持器上的一被測光學元件的兩個基板之間的一間隙，以產生複數個光束。所述光學測試方法更包括驅動固持器及其上的被測光學元件移動到N個位置。所述光學測試方法還包括接收來自在所述N個位置的被測光學元件的所述光束中的一者，以產生N個第一強度信號。此外，所述光學測試方法包括根據所述N個第一強度信號和參考數據來確定被測光學元件的間隙的大小。

Description

光學測試方法及光學測試系統
本發明實施例關於一種半導體技術，特別係有關於一種用於確定光學元件的兩個基板之間的間隙的大小的光學測試方法及系統。
三維(three-dimensional，3D)光學成像系統能夠提供距離測量和捕捉區域內的物體的深度影像(depth image)的功能。這種系統目前可以用於遊戲和多媒體應用中，例如，提供人類辨識和手勢識別，以及各種其他應用中，例如，半導體和其他商品的檢查、電腦輔助設計驗證、機器人視覺以及地理調查。3D光學成像系統通常包括光學圖案投影系統(optical pattern projection system)，其包括用於照射物體的光源。3D光學成像系統還包括光接收器，例如3D相機，其用於接收從物體反射的光並從反射光來形成物體的3D影像。
在某些應用中，光學圖案投影系統中使用了繞射光學元件(diffractive optical element)來產生所需的投影圖案。繞射光學元件的構造(configuration)將與繞射光學元件和光學圖案投影系統的光學特性有關。雖然現有用於檢查繞射光學元件的測試系統和測試方法已經足以應付其需求，然而仍未全面滿足。
本揭露一些實施例提供一種光學測試方法。所述光學測試方法包括發射光通過設置在一固持器上的一被測光學元件的兩個基板之間的一間隙，以產生複數個光束。所述光學測試方法更包括驅動固持器及其上的被測光學元件移動到N個位置，其中N是大於2的自然數。所述光學測試方法還包括接收來自在所述N個位置的被測光學元件的所述光束中的一者，以產生N個第一強度信號。此外，所述光學測試方法包括根據所述N個第一強度信號和參考數據來確定被測光學元件的間隙的大小。
本揭露一些實施例提供一種光學測試方法。所述光學測試方法包括收集對應於複數個光學元件模型的複數組樣本強度信號來做為參考數據，其中所述光學元件模型在各光學元件模型的兩個基板之間分別具有一間隙，且所述光學元件模型的間隙的大小不同，以及各組樣本強度信號包括對應於所述光學元件模型中的一者在N個位置的N個第二強度信號，其中N是大於2的自然數。所述光學測試方法更包括測量對應於一被測光學元件在所述N個位置的N個第一強度信號。此外，所述光學測試方法包括根據所述N個第一強度信號和所述參考數據來確定被測光學元件的兩個基板之間的一間隙的大小。
本揭露一些實施例提供一種光學測試系統。所述光學測試系統包括一固持器、一光源、一驅動機構、一感測器以及一控制器。固持器配置用以固持一光學元件。光源配置用以(is configured to)發射光通過光學元件，以產生複數個光束。 驅動機構配置用以驅動固持器及其上的光學元件移動到N個位置。感測器配置用以接收來自在所述N個位置的光學元件的所述光束中的一者，以產生N個第一強度信號。控制器配置用以根據所述N個第一強度信號和參考數據確定光學元件的兩個基板之間的一間隙的大小。
1‧‧‧光學圖案投影系統
2‧‧‧光源
3‧‧‧準直透鏡
4‧‧‧繞射光學元件/被測光學元件
5A‧‧‧第一基板
5B‧‧‧第二基板
6A‧‧‧第一繞射光柵結構
6B‧‧‧第二繞射光柵結構
7‧‧‧抗反射塗層
8‧‧‧黏合層
30‧‧‧光學測試系統
31‧‧‧光源
32‧‧‧固持台
321‧‧‧基座
322‧‧‧固持器
33‧‧‧感測器
34‧‧‧驅動機構
341‧‧‧螺桿
342‧‧‧螺帽
343‧‧‧驅動馬達
35‧‧‧控制器
351‧‧‧記憶體裝置
36‧‧‧準直透鏡
37‧‧‧測距儀
40‧‧‧光學測試方法
41、42、43、44、45‧‧‧操作
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
G‧‧‧(結合)間隙
M‧‧‧光學元件模型
O‧‧‧物件
L1‧‧‧雷射光束
L2‧‧‧準直光束
L3‧‧‧繞射光束
P0‧‧‧初始位置
P1、P2、P3、P4‧‧‧位置
S1、S2‧‧‧表面
T‧‧‧厚度
W、W’‧‧‧晶圓
第1圖顯示根據一些實施例之一光學圖案投影系統的示意圖。
第2圖顯示根據一些實施例之第1圖中之繞射光學元件的剖視示意圖。
第3圖顯示根據一些實施例之用於確定一光學元件的兩個基板之間的間隙的大小的一光學測試系統的示意圖。
第4圖顯示根據一些實施例之用於確定一光學元件的兩個基板之間的間隙的大小的一光學測試方法的簡化流程圖。
第5圖顯示根據一些實施例之在測試期間固持器(及其上的光學元件模型)被移動到多個位置的示意圖。
第6圖顯示根據一些實施例之繪示了多組樣本(第二)強度信號的圖表，其中所述多組樣本(第二)強度信號對應於複數個光學元件模型(具有不同大小的結合間隙)在多個位置。
第7圖顯示根據一些實施例，固持器(及其上的被測光學元件)在測試期間被移動到多個位置的示意圖。
第8圖顯示根據一些實施例，被測光學元件的兩個基板之間的間隙的大小係根據對應於被測光學元件的測量的第一強 度信號和包括多組樣本(第二)強度信號(對應於複數個光學元件模型)的參考數據來確定的示意圖。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含第一特徵與第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於第一特徵與第二特徵之間，而使第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或配置之間有特定的關係。為了簡單和清楚起見，各種特徵可能以不同比例任意繪製。
此外，空間相關用語，例如“在...下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用語，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用語意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。設備/裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。
如上所述，三維(3D)光學成像系統可以利用一光學圖案投影系統來產生投影圖案並根據需要來照射一個或多個物體。第1圖顯示根據一些實施例之一光學圖案投影系統1的示 意圖。如圖所示，光學圖案投影系統1包括一光源2、一準直透鏡3以及一繞射光學元件4。
繞射光學元件4設置在一物件O(例如，屏幕)的一側。光源2係用於發射雷射光束L1的一雷射源，雷射光束L1例如為可見光、紅外光(infrared，IR)或根據不同應用而可以選擇的其他輻射。雷射光束L1由準直透鏡3調制(modulated)，並從準直透鏡3輸出平行的準直光束L2。繞射光學元件4包括形成於其中之特定的繞射光柵結構(參照第2圖)。當準直光束L2通過繞射光學元件4時，準直光束L2被繞射光柵結構繞射(diffracted)。
然後，具有所需的光學圖案(例如，點陣列圖案、條紋圖案等)的多個繞射光束L3被投射到位於距繞射光學元件4一特定距離的物件O上。通過在繞射光學元件4中提供或形成不同的繞射光柵結構，可以改變繞射光束L3的光學圖案。在一些其他實施例中，也可以省略準直透鏡3。
第2圖顯示根據一些實施例之第1圖中之繞射光學元件4的剖視示意圖。如圖所示，繞射光學元件4包括彼此平行且堆疊的第一基板5A和第二基板5B。在一些實施例中，第一基板5A和第二基板5B位於黏合層8的兩側。第一基板5A和第二基板5B中的每一者包括玻璃、聚合物或允許具有特定波長或波長範圍(用於光學圖案投影系統1)的光(例如，可見光、紅外光或其他輻射)通過之其他可選的材料。
在一些實施例中，第一繞射光柵結構6A和第二繞射光柵結構6B分別形成在第一基板5A和第二基板5B的相對表面S1和S2上。第一繞射光柵結構6A和第二繞射光柵結構6B中 的每一者係根據光學繞射理論來設計(即，相位型(phase-type)光學繞射結構)。第一繞射光柵結構6A和第二繞射光柵結構6B可以通過半導體加工技術(例如，包括光微影、蝕刻製程等)或其他可選的技術來形成。
在一些其他實施例中，第一繞射光柵結構6A和第二繞射光柵結構6B可以形成在兩個另外的環氧樹脂材料層(圖未示)的表面上，並且兩個環氧樹脂材料層分別設置在或黏附到第一基板5A和第二基板5B上。所述環氧樹脂材料層允許具有特定波長或波長範圍的光(例如，可見光、紅外光或其他輻射)通過。
在一些實施例中，第一繞射光柵結構6A的構造(configuration)和安排(arrangement)可以與第二繞射光柵結構6B的構造和安排相同或不同，這取決於為了各種應用產生之繞射光束L3的所需的光學圖案。第一繞射光柵結構6A和第二繞射光柵結構6B中的每個結構單元的構造(例如，半圓形)及該等結構單元的安排(例如，間距)不限於第2圖中所示的實施例，並且可以對本揭露的實施例進行許多變化和修改。在一些其他實施例中，僅在第一基板5A和第二基板5B的相對表面的一者上形成一繞射光柵結構。
在一些實施例中，第一基板5A和第二基板5B的外表面分別塗有一抗反射塗層7，以減少在其上發生的光反射(即，增加繞射光學元件4的光穿透率)。儘管未示出，但至少一非透明塗層可被進一步提供以覆蓋第一基板5A和第二基板5B的相對表面的至少一者的一部分(例如，環形周邊部分)而作為光學 止擋(optical stop)，從而界定出繞射光學元件4之允許光通過的光學孔徑(即，透明窗)。
在一些實施例中，黏合層8(例如，黏合膠(adhesive gel))設置在第一基板5A和第二基板5B的相對表面S1和S2的環形周邊部分之間，以將第一基板5A和第二基板5B結合在一起。於是，在第一基板5A和第二基板5B的相對表面S1和S2之間形成一(垂直)間隙G(或結合間隙(bonding gap)G)。由於各種應用及/或製造公差，間隙G的大小可以隨著黏合層8的厚度T而變化。
要注意的是，在使用光學圖案投影系統1(第1圖)之前，可以精確地確定間隙G的大小並且可以相應地調節光源2的功率，方可使得所產生的繞射光束L3能夠以所需的高品質光學圖案(例如，高解析度)和良好控制的強度投射到物件O上(這也是關於使用期間的安全性考量，例如，在臉部辨識應用中)。舉例來說，通常地，在繞射光學元件4中的間隙G的尺寸較小的情況下可以降低光源2的功率，或者在繞射光學元件4中的間隙G的尺寸較大的情況下可以增加光源2的功率，以便將繞射光束L3的強度維持在適當的範圍內。因此，需要在使用前精確地獲得或確定繞射光學元件4的兩個基板之間的間隙G的大小。
第3圖顯示根據一些實施例之用於確定一光學元件的兩個基板之間的間隙的大小的一光學測試系統30的示意圖。根據一些實施例，光學測試系統30配置用以基於如下所述的光學測試方法40(第4圖)的操作來確定一繞射光學元件或其他類型的光學元件(例如，一折射光學元件)的兩個基板之間的 間隙的大小。為了簡明的目的，以下揭露內容僅僅示出光學測試系統30(利用光學測試方法40)用於確定一繞射光學元件(例如，第2圖中所示的繞射光學元件4)的兩個基板(例如，第2圖中所示的第一、第二基板5A和5B)之間的間隙G的大小的示例。
如第3圖所示，光學測試系統30包括一光源31、一固持台32、一感測器33、一驅動機構34以及一控制器35。應了解的是，可以在光學測試系統30中加入其他附加特徵，並且在光學測試系統30的其他實施例中可以替換或消除下面描述的一些特徵。
光源31配置用以在測試期間發射將通過一光學元件的光。在一些實施例中，光源31係配置用以發射一雷射光束L1(例如，可見光、紅外光或其他輻射)的雷射源。在一些實施例中，光源31用於發射雷射光射L1，其波長或波長範圍與用於為了各種應用的光學圖案投影系統1中的雷射光束L1(由光源2發射)的波長或波長範圍相似(或相同)。在一些其他實施例中，光源31可以是另一種類型的光源(例如，發光二極體(light-emitting diode，LED))。
光源31的操作(例如，激活、停止以及功率控制等)可以由控制器35(例如，電腦)控制。在一些實施例中，控制器35可以是包括處理單元(processing unit)和記憶體裝置(memory device)351的電腦設備。處理單元可以以多種方式實現，例如利用專用硬體或者利用使用微代碼或軟體指令編程的通用硬體(例如，單一處理器、多個處理器或能夠平行計算的圖形處理單元等)來執行本文中所述的功能。
來自光源31的雷射光束L1由一準直透鏡36(第3圖)調制，並且從準直透鏡36輸出平行的準直光束L2以通過一被測光學元件。在一些其他實施例中，也可以省略準直透鏡36。
固持台32設置在準直透鏡36(或光源31)與感測器33之間，配置用以固持被測光學元件。在一些實施例中，固持台32配置用以固持包括複數個光學元件的晶圓W(第3圖)(即，在被切割成若干個單獨的晶粒之前，光學元件係處於晶圓形式)。在一些實施例中，晶圓W中的各個光學元件可以是一繞射光學元件，例如第2圖中所示的繞射光學元件4。當準直光束L2或雷射光束L1通過安裝在固持台32上之晶圓W的一特定位置中的一個繞射光學元件4時，它被繞射光學元件4中的繞射光柵結構(例如，第2圖中所示的第一、第二繞射光柵結構6A和6B)繞射成多個繞射光束L3。
在一些實施例中，如第3圖所示，固持台32包括一基座321和一固持器322。基座321係光學測試系統30中的一固定的部分。固持器322係一可移動的部分，其可移動地設置在基座321上並且配置用以在一些實施例中固持例如晶圓W(或繞射光學元件4)。在測試期間，驅動機構34配置用以驅動固持器322及其上的晶圓W(或繞射光學元件4)相對於基座321移動，例如，在與光學測試系統30中的光傳播方向(即，垂直於感測器33的光接收面(例如第3圖中所示的下表面))基本上平行的一第一方向D1(第3圖)上移動。
在一些實施例中，如第3圖所示，驅動機構34包括多個螺桿341、多個螺帽342以及多個(旋轉)驅動馬達343。其中， 一螺帽342和一螺桿341可以相應地耦合在一起並形成一導螺桿(lead screw)，導螺桿可以將螺桿341的旋轉運動轉換成螺帽342的線性運動(沿著第一方向D1)。驅動馬達343配置用以驅動螺桿341旋轉。在一些實施例中，固持台32的(例如，方形)基座321的(例如，四個)角落分別設置有一螺桿314、一螺帽342以及一驅動馬達343。通過上述配置，驅動機構34在測試期間可以驅動固持器322及其上的晶圓W(或繞射光學元件4)相對於基座321在第一方向D1上移動。在一些其他實施例中，驅動機構34也可包括單一個驅動馬達343以驅動一個螺桿341旋轉，使得對應的螺帽342與固持器322沿著螺桿341移動。
感測器33配置用以在測試期間接收通過光學元件的光並且產生響應於(in response to)接收光之強度(intensity)的強度(電)信號。在一些實施例中，感測器33配置用以選擇性地接收來自繞射光學元件4的多個繞射光束L3中的一者(將在後面進一步說明)，並能夠產生響應於所接收的繞射光束L3之強度的一強度信號。在一些實施例中，感測器33係一電荷耦合裝置(charge coupled device，CCD)、一互補式金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)或其類似物。由感測器33產生的強度信號被傳送到控制器35進行進一步處理(將在後面進一步說明)。
在一些實施例中，如第3圖所示，光學測試系統30還包括一測距儀(distance meter)37(例如，雷射干涉儀)，其配置用以測量或確定光學測試系統30中之固持器322的位移或位置。測距儀37還能夠產生響應於固持器322之位置的一位置信 號並將位置信號傳送到控制器35。控制器35根據來自測距儀37的位置信號以及與在測試期間固持器322的位移控制(即，驅動機構34之操作的控制)(將在後面進一步說明)有關並且儲存在控制器35的記憶體裝置351(例如，隨機存取記憶體(random access memory，RAM)、唯讀記憶體(read-only memory，ROM)或其類似物)中的電腦程式控制驅動機構34的上述操作。
接著請參照第4圖，其顯示根據一些實施例之在使用之前用於確定一光學元件(例如但不限於，如第2圖中所示的繞射光學元件4)的兩個基板之間的間隙的大小的一光學測試方法40(以第3圖中所示的光學測試系統30實現)的簡化流程圖。為了說明，將配合參照第2至3圖以及第5至8圖中所示的附圖一起描述流程圖。在不同的實施例中，可以替換或消除一些所述的操作。或者，可以在不同實施例中添加一些操作。光學測試方法40包括多個操作，例如操作41、42、43、44和45。
在操作41中，在確定繞射光學元件4(為了說明，下文中也稱為”被測光學元件4”)的間隙G(第2圖)的大小之前，將複數個光學元件模型M分別放置在光學測試系統30中之可移動的固持器322(第5圖)上以進行如下所述的測試。
在一些實施例中，每個光學元件模型M也是在其兩個基板之間具有間隙的繞射光學元件(與被測光學元件4相同)，並且所述光學元件模型M的間隙的大小不同(即，所述光學元件模型M具有不同大小的結合間隙)。在一些實施例中，所述光學元件模型M具有與被測光學元件4相同的光學結構配置(optical structure configuration)。例如，在所述光學元件模型M與被測 光學元件4中，第一和第二繞射光柵結構的構造和安排均相同，以及在如上所述的繞射光學元件(第2圖)中的第一和第二基板與其他材料層(除黏合層之外)的厚度也相同。在一些實施例中，所述光學元件模型M通過與被測光學元件4相同的製造過程(fabrication processes)形成。
接著在操作42中，操作光學測試系統30以收集對應於所述光學元件模型M(具有不同大小的結合間隙)的多組強度信號(為了說明，下文中也稱為多組”樣本強度信號”)來作為被測光學元件4的參考數據(reference data)。
在一些實施例中，對應於所述光學元件模型M的複數組樣本強度信號由光學測試系統30測量和收集(將在後面進一步說明)，並且所述光學元件模型M在測試期間係處於晶圓形式。在一些實施例中，所述光學元件模型M(具有不同大小的結合間隙)在相同晶圓W’或不同晶圓W’中，並且在測試期間(第5圖)係設置在固持器322上。
在一些實施例中，為了產生對應於所述光學元件模型M中的一者(具有特定大小的結合間隙)的一組樣本強度信號，驅動機構34(第3圖)在測試期間驅動固持器322及其上的晶圓W’(或光學元件模型M)在第一方向D1上移動(相對於第3圖中所示的基座321)到複數個位置。同時(在移動到各個預定位置時)，光源31發射光通過光學元件模型M以產生多個繞射光束L3，並且感測器33選擇性地接收所述繞射光束L3中的一者(例如，第5圖中所示被圈選的繞射光束L3)。在一些實施例中，驅動機構34的操作可以由控制器35(第3圖)控制。
第5圖顯示根據一些實施例之在測試期間固持器322(及其上的光學元件模型M)被移動到複數個位置(例如，四個位置P1、P2、P3和P4，其中固持器322(或光學元件模型M)到感測器33的距離分別由X1、X2、X3和X4表示)的示意圖。在一些實施例中，固持器322的位置P1、P2、P3和P4分別與固持器322的初始位置P0(例如，固持器322最靠近基座321的位置)間隔50μm、100μm、150μm和200μm，也就是說，四個位置P1、P2、P3和P4中的兩個相鄰位置之間的距離可以相同。在一些替代實施例中，固持器322及其上的晶圓W’(或光學元件模型M)在測試期間也可以由驅動機構34驅動以在第一方向D1上移動到N個位置，其中N是大於或等於2的自然數，並且N個位置中的兩個相鄰位置之間的距離可以相同或不同。要瞭解的是，固持器322的兩個相鄰位置之間的最小距離取決於固持器322的移動極限(movement limit)，以及固持器322的兩個相鄰位置之間的最大距離被選擇以使得感測器33可以在固持器322的所有移動位置接收到來自光學元件模型M的強度信號(即，光學元件模型M的移動不超過感測器的對焦範圍(focus range))。
如此一來，光學元件模型M與感測器33之間的距離可以隨著固持器322的不同位置而變化，並且來自光學元件模型M的繞射光束L3(由感測器33接收)的強度也可以相應地變化。
還須瞭解的是，來自一繞射光學元件(例如，光學元件模型M)的繞射光束的強度係由在物件(或感測器33)上的正或負繞射光束(positive or negative diffracted light beam)到0 階繞射光束(0-order diffracted light beam)的距離以及繞射光學元件到物件/感測器33的距離的sinc函數給出(即，惠更斯-菲涅耳原理(Huygens-Fresnel principle))，因此，由感測器33接收的來自光學元件模型M的正或負繞射光束(例如，+1階、-1階、或更高階的正或負繞射光束)的強度可以隨著光學元件模型M的不同位置(即，光學元件模型M到感測器33的不同距離)而變化。相對地，由感測器33接收的來自光學元件模型M的0階繞射光束的強度則不隨著光學元件模型M的不同位置而變化。
據此，通過接收來自在N個位置的光學元件模型M的正或負繞射光束中的一者，例如+1階或-1階繞射光束(如第5圖中所示被圈選的繞射光束L3)，感測器433可以產生對應於在N個位置的光學元件模型M的N個樣本(第二)強度信號(即，一組樣本強度信號)。在此種情況下，N是大於或等於3，從而可以通過N個樣本(第二)強度信號較好且準確地表達在其兩個基板之間具有一特定的結合間隙大小的光學元件模型M。
在操作42中，對應於多個光學元件模型M(具有不同大小的結合間隙)的複數組樣本(第二)強度信號(即，參考數據)也可以由感測器33產生，然後被傳送到控制器35，並且在一些實施例中，控制器35的記憶體裝置351用以儲存上述參考數據。另外，在收集對應於所述光學元件模型M的複數組樣本強度信號之後，可以將所述晶圓W’(或所述光學元件模型M)從固持器322移動到一顯微鏡，來測量各個光學元件模型M的兩個基板之間的間隙的大小。在一些實施例中，可以通過觀察切 片(sliced)光學元件模型M的橫截面來確定所述光學元件模型M的間隙的大小。
第6圖顯示根據一些實施例之繪示了多組(例如，四組)樣本強度信號(每組包括四個樣本(第二)強度信號)的圖表，其中所述多組樣本強度信號對應於多個光學元件模型M(具有不同大小的結合間隙)在多個位置(例如，第5圖的實施例中所示對應於位置P1、P2、P3和P4的四個位置)。如第6圖所示，對應於具有不同結合間隙大小的光學元件模型M的複數組樣本(第二)強度信號的強度是不同的。
在一些實施例中，如果樣本強度信號的數量(N)足夠大時，則對應於在N個不同位置的所述光學元件模型M中的一者的樣本(第二)強度信號可以進一步形成對應於該光學元件模型M的特徵曲線(characteristic curve)，如第6圖所示。在一些實施例中，對應於在初始位置P0(第5圖)的所述光學元件模型M的樣本(第二)強度信號也可以用作參考數據。在一些實施例中，固持器322(及其上的光學元件模型M)相對於基座231的總位移量也可以被調整或改變。
在操作43中，在收集作為被測光學元件4的參考數據(例如，第6圖中所示的圖表)以及從固持器322移除所述光學元件模型M之後，將被測光學元件4放置在固持器322上以進行如下所述的測試。
接著在操作44中，操作光學測試系統30以測量被測光學元件4在N個位置的N個(第一)強度信號，所述N個位置與上述測量和收集對應於所述光學元件模型M的樣本(第二)強度 信號的N個位置相同。在一些替代實施例中，光學測試系統30也可能被操作以測量對應於在N’個位置的被測光學元件4的N’個(第一)強度信號，其中N’是大於2且小於N的自然數，並且N’個位置對應於N個位置中的一些位置。
在一些實施例中，類似於測量對應於所述光學元件模型M的複數組樣本強度信號的操作42，在被測光學元件4的測試期間，驅動機構34(第3圖)可以驅動固持器322及其上的被測光學元件4(相對於第3圖中所示的基座321)在第一方向D1上移動到N個位置(例如，位置P1、P2、P3和P4)，如第7圖所示。同時(在移動到各個預定位置時)，光源31發射光通過被測光學元件4以產生多個繞射光束L3，並且感測器33選擇性地接收來自被測光學元件4的繞射光束L3中的一者(例如，第7圖中所示被圈選的繞射光束L3)。在一些實施例中，所接收的繞射光束L3是一正或負繞射光束(例如，+1階或-1階繞射光束)，與在操作42中用於產生樣本(第二)強度信號所接收的繞射光束L3相同。此外，所述四個位置P1、P2、P3和P4可以與在操作42中測量和收集樣本(第二)強度信號的位置相同。
據此，感測器33產生對應於在N個位置的被測光學元件4的N個(第一)強度信號(例如，第8圖中的十字標記所示的四個第一強度信號)。
在操作45中，根據測量的N個(第一)強度信號以及儲存在控制器35的記憶體裝置351中的先前收集的參考數據(包括對應於多個光學元件模型M的複數組樣本(第二)強度信號)，來確定被測光學元件4的兩個基板之間的間隙的大小。
在一些實施例中，為了確定被測光學元件4的兩個基板之間的間隙的大小，控制器35用於計算測量的N個(例如，四個)第一強度信號與對應於各個光學元件模型M的各組樣本強度信號中的N個(例如，四個)第二強度信號之間的強度差(絕對值)。基於計算或比較結果，當N個第一強度信號與對應於某一光學元件模型M的N個第二強度信號之間的強度差之和(sum)為最小時(相對於其他光學元件模型M)，控制器35可以確定被測光學元件4的兩個基板之間的間隙的大小與該光學元件模型M(例如，第8圖中所示具有第3數值μm的間隙大小的光學元件模型M)的兩個基板之間的間隙的大小是相同的。如此一來，被測光學元件4的兩個基板之間的間隙的大小即被確定。
在一些實施例中，在確定晶圓W中的一個被測光學元件4的間隙的大小之後，固持器322也可以通過一驅動機構(圖未示)在垂直於第一方向D1的一第二方向D2(第3圖)上移動，使得晶圓W中的另一個被測光學元件4移動到來自光源31的光束將通過的測試位置，然後，重複光學測試方法40的上述操作以確定其間隙的大小。在一些實施例中，光學測試系統30的感測器33還可配置用以一次(at one time)測量來自晶圓W中的多個或所有被測光學元件4的繞射光束的強度。
綜上所述，本揭露實施例具有以下優點：可以通過使用如上所述的光學測試方法的光學測試系統精確地確定一光學元件(例如，繞射光學元件或另一種類型的光學元件)的兩個基板之間的間隙的大小，而不使用一電性測試方法，該電性測試方法需要在光學元件中提供電性元件(例如，導電層和 焊墊)以用於由一電性測試設備實現的電性測試。據此，可以減少形成光學元件之過程中的操作數量以及電性測試設備的成本。
根據一些實施例，提供一種光學測試方法。所述光學測試方法包括發射光通過設置在一固持器上的一被測光學元件的兩個基板之間的一間隙，以產生複數個光束。所述光學測試方法更包括驅動固持器及其上的被測光學元件移動到N個位置，其中N是大於2的自然數。所述光學測試方法還包括接收來自在所述N個位置的被測光學元件的所述光束中的一者，以產生N個第一強度信號。此外，所述光學測試方法包括根據所述N個第一強度信號和參考數據來確定被測光學元件的間隙的大小。
根據一些實施例，提供一種光學測試方法。所述光學測試方法包括收集對應於複數個光學元件模型的複數組樣本強度信號來做為參考數據，其中所述光學元件模型在各光學元件模型的兩個基板之間分別具有一間隙，且所述光學元件模型的間隙的大小不同，以及各組樣本強度信號包括對應於所述光學元件模型中的一者在N個位置的N個第二強度信號，其中N是大於2的自然數。所述光學測試方法更包括測量對應於一被測光學元件在所述N個位置的N個第一強度信號。此外，所述光學測試方法包括根據所述N個第一強度信號和所述參考數據來確定被測光學元件的兩個基板之間的一間隙的大小。
根據一些實施例，提供一種光學測試系統。所述光學測試系統包括一固持器、一光源、一驅動機構、一感測器 以及一控制器。固持器配置用以固持一光學元件。光源配置用以發射光通過光學元件，以產生複數個光束。驅動機構配置用以驅動固持器及其上的光學元件移動到N個位置。感測器配置用以接收來自在所述N個位置的光學元件的所述光束中的一者，以產生N個第一強度信號。控制器配置用以根據所述N個第一強度信號和參考數據確定光學元件的兩個基板之間的一間隙的大小。
以上雖然詳細描述了實施例及它們的優勢，但應該理解，在不背離所附申請專利範圍限定的本揭露的精神和範圍的情況下，對本揭露可作出各種變化、替代和修改。例如，本領域技術人員將容易理解的是，本文敘述的許多特徵、功能、製程及材料可被改變，而仍然在本揭露的範圍內。此外，本申請的範圍不旨在限制於說明書中所述的製程、機器、製造、物質組成、工具、方法和步驟的特定實施例。作為本領域的普通技術人員將容易地從本揭露中理解，根據本揭露，可以利用現有的或今後將被開發的、執行與在本揭露所述的對應實施例基本相同的功能或實現基本相同的結果的製程、機器、製造、物質組成、工具、方法或步驟。因此，所附申請專利範圍旨在將這些製程、機器、製造、物質組成、工具、方法或步驟包括它們的範圍內。此外，每一個申請專利範圍構成一個單獨的實施例，且不同申請專利範圍和實施例的組合都在本揭露的範圍內。

Claims (20)

  1. 一種光學測試方法，包括：發射光通過設置在一固持器上的一被測光學元件的兩個基板之間的一間隙，以產生複數個光束；驅動該固持器及其上的該被測光學元件移動到N個位置，其中N是大於2的自然數；接收來自在該N個位置的該被測光學元件的該些光束中的一者，以產生N個第一強度信號；以及根據該N個第一強度信號和參考數據確定該被測光學元件的該間隙的大小。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學測試方法，其中該參考數據包括對應於複數個光學元件模型的複數組樣本強度信號，該些光學元件模型在各該光學元件模型的兩個基板之間分別具有一間隙，且該些光學元件模型的該些間隙的大小不同，以及各該組樣本強度信號包括對應於該些光學元件模型中的一者在該N個位置的N個第二強度信號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的光學測試方法，其中確定該被測光學元件的該間隙的大小的操作更包括：計算該N個第一強度信號與各該組樣本強度信號中的該N個第二強度信號之間的強度差；以及當該N個第一強度信號與對應於該些光學元件模型中的一者的該N個第二強度信號之間的該些強度差之和為最小時，確定該被測光學元件的該間隙的大小與該些光學元件模型中的該者的該間隙的大小係相同的。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的光學測試方法，其中N大於或等於3。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的光學測試方法，其中該固持器及其上的該被測光學元件由複數個驅動馬達驅動。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的光學測試方法，其中該被測光學元件係一繞射光學元件。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的光學測試方法，其中用於產生該第一強度信號之接收的該光束係來自該繞射光學元件的一正或負繞射光束。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的光學測試方法，其中該繞射光學元件包括彼此堆疊的一第一基板和一第二基板，至少一繞射光柵結構形成在該第一和第二基板的相對表面中的至少一者上，以及該間隙形成在該第一和第二基板的該些相對表面之間。
  9. 一種光學測試方法，包括：收集對應於複數個光學元件模型的複數組樣本強度信號來做為參考數據，其中該些光學元件模型在各該光學元件模型的兩個基板之間分別具有一間隙，且該些光學元件模型的該些間隙的大小不同，以及各該組樣本強度信號包括對應於該些光學元件模型中的一者在N個位置的N個第二強度信號，其中N是大於2的自然數；測量對應於一被測光學元件在該N個位置的N個第一強度信號；以及根據該N個第一強度信號和該參考數據確定該被測光學元 件的兩個基板之間的一間隙的大小。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的光學測試方法，其中確定該被測光學元件的該兩個基板之間的該間隙的大小的操作更包括：計算該N個第一強度信號與各該組樣本強度信號中的該N個第二強度信號之間的強度差；以及當該N個第一強度信號與對應於該些光學元件模型中的一者的該N個第二強度信號之間的該些強度差之和為最小時，確定該被測光學元件的該兩個基板之間的該間隙的大小與該些光學元件模型中的該者的該兩個基板之間的該間隙的大小係相同的。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的光學測試方法，更包括在該測量期間將固持該被測光學元件的一固持器沿一第一方向移動到該N個位置，其中該第一方向垂直於一感測器的一光接收面。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的光學測試方法，其中該N個位置中的任兩個相鄰位置之間的距離係相同的。
  13. 一種光學測試系統，包括：一固持器，配置用以固持一光學元件；一光源，配置用以發射光通過該光學元件，以產生複數個光束；一驅動機構，配置用以驅動該固持器及其上的該光學元件移動到N個位置；一感測器，配置用以接收來自在該N個位置的該光學元件的 該些光束中的一者，以產生N個第一強度信號；以及一控制器，配置用以根據該N個第一強度信號和參考數據確定該光學元件的兩個基板之間的一間隙的大小。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的光學測試系統，其中該參考數據包括對應於複數個光學元件模型的複數組樣本強度信號，該些光學元件模型在各該光學元件模型的兩個基板之間分別具有一間隙，且該些光學元件模型的該些間隙的大小不同，以及各該組樣本強度信號包括對應於該些光學元件模型中的一者在該N個位置的N個第二強度信號。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的光學測試系統，其中該控制器更包括配置用以儲存該參考數據的一記憶體裝置。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的光學測試系統，其中該驅動機構包括至少一驅動馬達。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的光學測試系統，更包括一固持台，該固持台包括該固持器和一基座，其中該固持器可移動地設置在該基座上，以及該驅動機構配置用以驅動該固持器在垂直於該感測器的一光接收面的一第一方向上相對於該基板移動。
  18. 如申請專利範圍第13項所述的光學測試系統，其中從該光源發射的光係紅外光。
  19. 如申請專利範圍第13項所述的光學測試系統，其中該光學元件係一繞射光學元件。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的光學測試系統，其中用於產生該第一強度信號之由該感測器接收的該光束係來自該繞 射光學元件的一正或負繞射光束。
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