TW202020438A

TW202020438A - 表面形貌檢測方法

Info

Publication number: TW202020438A
Application number: TW107142016A
Authority: TW
Inventors: 張群偉
Original assignee: 致茂電子股份有限公司
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2020-06-01
Also published as: TWI668439B

Abstract

本發明提供一種表面形貌檢測方法，所述方法包含下列步驟。首先，提供測試光線，測試光線用以測量物件的表面形貌。於測試光線的光學路徑上，提供空間光調製器，空間光調製器具有多個像素。控制空間光調製器，於第一時間區間開啟所述多個像素中的第一像素群組，於第二時間區間開啟所述多個像素中的第二像素群組。其中第一像素群組與第二像素群組分別對應部分的所述多個像素，且第一像素群組與第二像素群組之間有第一重複像素。

Description

表面形貌檢測方法

本發明係關於一種表面形貌檢測方法，特別是關於一種能偵測與補償震動的表面形貌檢測方法。

在產品製造完成後，都會經過一定的測試程序，用來把關產品的品質。一般來說，會仰賴人力檢查產品的外觀是否缺損，或者藉由觀察產品的外觀來判斷功能是否正常。但有些產品的結構比較細緻，有時實在無法要求人員使用肉眼檢查出瑕疵。傳統上，可以例如使用攝影機來拍攝產品的外觀，藉由放大拍攝到的影像，便可以檢查產品特定區域的外觀。

但是，如果要檢測晶片表面的結構時，由於結構的尺寸非常小，單純使用傳統的表面形貌檢測系統易受到外部干擾而嚴重影響判斷的準確度。舉例來說，拍攝時的輕微震動即很有可能造成誤判。因此，業界在檢測小尺寸物品時，需要一種新的表面形貌檢測方法，以提高表面形貌的測量準確度。

本發明提供了一種表面形貌檢測方法，依序開啟空間光調製器中的多個像素群組，並於所述多個像素群組中設計有重複像素，藉此補償震動的干擾，以提高表面形貌的測量準確度。

於一些實施例中，於第一時間區間中，物件反射測試光線而取得第一物件光線，於第二時間區間中，物件反射測試光線而取得第二物件光線。此外，更可以偵測第一物件光線，據以產生多個第一表面形貌資料，每一個第一表面形貌資料分別對應第一像素群組中的每一個像素。並且，偵測第二物件光線，據以產生多個第二表面形貌資料，每一個第二表面形貌資料分別對應第二像素群組中的每一個像素。接著，比對第一重複像素對應的第一表面形貌資料與第一重複像素對應的第二表面形貌資料，計算第一震動差值。最後，可以依據第一震動差值，補償第二表面形貌資料。

於一些實施例中，表面形貌檢測方法更包含下列步驟。控制空間光調製器，於第三時間區間開啟所述多個像素中的第三像素群組。其中第三像素群組對應部分的所述多個像素，且第二像素群組與第三像素群組之間有第二重複像素，且第一重複像素不同於第二重複像素。此外，於第三時間區間中，物件反射測試光線而取得第三物件光線。接著，偵測第三物件光線，據以產生多個第三表面形貌資料，每一個第三表面形貌資料分別對應第三像素群組中的每一個像素。並且，比對第二重複像素對應的第二表面形貌資料與第二重複像素對應的第三表面形貌資料，計算第二震動差值。最後，依據第一震動差值與第二震動差值，補償第三表面形貌資料。

綜上所述，本發明提供的表面形貌檢測方法，依序開啟空間光調製器中的多個像素群組，並於所述多個像素群組中設計有重複像素。藉由比對重複像素於兩次測量取得的數值，可以補償震動的干擾，以提高表面形貌的測量準確度。

下文將進一步揭露本發明之特徵、目的及功能。然而，以下所述者，僅為本發明之實施例，當不能以之限制本發明之範圍，即但凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化及修飾，仍將不失為本發明之要意所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故應將視為本發明的進一步實施態樣。

請參閱圖1A，圖1A係繪示依據本發明一實施例之表面形貌檢測系統的示意圖。如圖1A所示，本發明所揭露的表面形貌檢測方法可以應用於表面形貌檢測系統1，而表面形貌檢測系統1可以用來檢測物件DUT。在此，物件DUT可以是晶片、晶粒(die)、晶圓(wafer)、面板、電路或具有微結構的表面。前述例子並非用以限制物件DUT的類型與尺寸，實務上物件DUT也可以是任意的物體，於所屬技術領域具有通常知識者可以自由選擇。圖1A繪示的表面形貌檢測系統1可以具有光源10、透鏡11、分光單元12、參考鏡13、空間光調製器(spatial light modulator)14、透鏡15以及影像擷取設備16，以下說明表面形貌檢測系統1的光學架構。

光源10係用來提供輸入光線，雖然圖1A繪示了光源10是點光源，但本實施例不加以限制，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調光源，從而輸入光線可以是白光光線或者是一種非同調光光線。在此，光源10提供的輸入光線會進入透鏡11，透鏡11的功能是將來自點光源的輸入光線轉換成平行光。於所屬技術領域具有通常知識者應該明白，光源10大致上會在透鏡11的焦點位置，從而經過透鏡11的輸入光線，大致上可被視為一個平面光。當然，如果光源10原本就是平行面光源，實務上也可以不需要透鏡11。

分光單元12係位於輸入光線的光學路徑上，用以將輸入光線分為參考光線與測試光線，其中參考光線射向參考鏡13，而測試光線射向空間光調製器14。實務上，分光單元12可以是一種光學分光鏡，可以將輸入光線分割成兩道相同的光線。於一個例子中，輸入光線與測試光線可以是同一方向，而參考光線可以朝向垂直輸入光線的方向。當然，本實施例不限制參考光線與測試光線的方向，例如也有可能輸入光線與參考光線是同一方向，而測試光線朝向垂直輸入光線的方向。此外，分光單元12到參考鏡13的距離可以大致等於分光單元12到物件DUT的距離，本實施例也不以此為限。

空間光調製器14可以具有多個像素，且所述多個像素可以排列成陣列形式。在此所稱的每一個「像素」可以由液晶組成，所述多個像素能選擇透光與不透光狀態，從而可以決定光線能否通過。換句話說，空間光調製器14可以依據控制指令cmd來決定哪些像素被開啟，那些像素被關閉。在此，本實施例提供的空間光調製器14至少可以分為兩個像素群組，分別在不同的時間區間被開啟，且至少有一個像素被同時歸類在所述兩個像素群組中。在此，被同時歸類在所述兩個像素群組中的像素，本實施例稱之為重複像素。舉例來說，圖1A中的空間光調製器14可以具有一種穿透式的像素陣列，所述穿透式的像素陣列可以具有一液晶層(圖未示)，藉由控制所述液晶層中的液晶旋轉方向，決定是否讓光線通過特定像素。

於一些例子中，空間光調製器14可以有不同的設計，請參閱圖1B，圖1B係繪示依據本發明另一實施例之表面形貌檢測系統的示意圖。圖1A與圖1B中相同的是，光源10、透鏡11、分光單元12、參考鏡13、透鏡15以及影像擷取設備16可以為相同的設計。圖1A與圖1B中不同的是，圖1B中的空間光調製器14’可以具有反射式的像素陣列。所述反射式的像素陣列也可以具有液晶層(圖未示)，並在所述液晶層後增加一個反射鏡(圖未示)，從而可以藉由控制像素中的液晶旋轉方向，決定是否讓光線通過並反射到物件DUT。於一個例子中，空間光調製器14’也可以沒有液晶層而僅具有多個反射鏡，例如每一個「像素」可以就是一面小反射鏡，控制指令cmd可以決定哪些像素被反射到物件DUT，而其他沒有被選上的像素可以將光線反射到其他任意的、不產生干擾的位置。

此外，具有液晶層的穿透式的像素陣列或反射式的像素陣列之空間光調製器14通常會與偏振片搭配使用，不過由於偏振片的功能及用途係所屬技術領域中具有通常知識者皆能理解，再加上其並非本發明之重點，在此不予贅述。

為了說明空間光調製器14的操作方式，請一併參閱圖1A、圖2A到圖2C，圖2A係繪示依據本發明一實施例之空間光調製器於第一時間區間的控制示意圖，圖2B係繪示依據本發明一實施例之空間光調製器於第二時間區間的控制示意圖，圖2C係繪示依據本發明一實施例之空間光調製器於第三時間區間的控制示意圖。如圖所示，空間光調製器14可以具有多個像素140a~140o，不同的像素可以對應到物件DUT表面的不同位置，且空間光調製器14可以依據外部的控制指令cmd調整開啟的像素。於圖2A的例子示範了在第一時間區間內開啟第一像素群組，其餘像素是在關閉狀態，第一像素群組可例如被定義為像素140a、像素140c、像素140i以及像素140k。也就是說，在第一時間區間內，射向空間光調製器14的測試光線只能從像素140a、像素140c、像素140i以及像素140k穿透過去，射向其他像素的測試光線皆被遮蔽。

從而，穿過這4個像素的測試光線在經過空間光調製器14後，可以被透鏡15聚焦照射到物件DUT表面上的4個位置(分別對應像素140a、像素140c、像素140i以及像素140k)。值得一提的是，雖然本實施例以一個像素群組對應4個像素為例，其目的僅在於方便說明，實際上像素群組不限制可以對應幾個像素。此外，本實施例定義第一時間區間內從物件DUT取得的光線為第一物件光線，例如測試光線經過像素140a、像素140c、像素140i以及像素140k射向物件DUT表面上4個位置，因此第一時間區間內可以取得4個對應的第一物件光線。

舉例來說，當測試光線經過像素140a後，經過透鏡15照射到物件DUT表面上的特定位置，再由物件DUT反射出第一物件光線。所述第一物件光線可以再次經過透鏡15與像素140a，到達分光單元12，並且由分光單元12導引至影像擷取設備16。於一個例子中，影像擷取設備16可以設置在分光單元12的一側，用來接收從參考鏡13反射回來的參考光線，以及接收從物件DUT表面上的特定位置反射回來的第一物件光線。實務上，參考鏡13可以被設計成能夠前後移動的鏡面，當參考鏡13被移動某一距離，影像擷取設備16接收到反射回來的參考光線和第一物件光線的總和亮度最高時，可以視為參考光線和第一物件光線恰好是建設性(constructive)干涉。以物理的意義來說，此時反射回來的參考光線和測試光線為零光程差。由於對應像素140a的第一物件光線到影像擷取設備16是固定的，因此可以藉由找出讓參考光線和測試光線為零光程差的參考鏡13位置，推知參考鏡13被移動的距離，從而算出物件DUT特定位置(對應像素140a)的表面形貌。

詳細來說，影像擷取設備16在第一時間區間內可以連續拍攝多張影像，每一張影像可以對應參考鏡13的一個位置，且每一張影像可以同時接收到參考光線以及對應像素140a的第一物件光線。也就是說，參考鏡13可以在第一時間區間內移動一個範圍，而影像擷取設備16記錄了在參考鏡13移動的過程中，每一個參考鏡13位置對應的參考光線和第一物件光線的總和亮度。實務上，所述總和亮度可以用灰階值表現，也就是說在第一時間區間內，影像擷取設備16可以記錄一連串的灰階值。例如，當參考鏡13移動了第一距離時，影像擷取設備16記錄到的灰階值最大(總和亮度最高)，即可使用所述第一距離推算出物件DUT的表面形貌。舉例來說，如果像素140a對應到物件DUT特定位置的表面形貌為凸起，則參考鏡13有可能較靠近分光單元12，如果像素140a對應到物件DUT特定位置的表面形貌為凹陷，則參考鏡13有可能較靠遠離分光單元12。本實施例在此不限制由所述第一距離推算表面形貌的方式，於所屬技術領域具有通常知識者可以依據實際光路架構調整。

本實施例並不限制如何表示物件DUT特定位置的表面形貌，於一個例子中，被記錄下來的物件DUT表面形貌資料可以用相對值表現，例如相對於一個基準面，從而只記錄比所述基準面高或低幾個單位。為了方面說明，本實施例示範整理一個第一時間區間內測得的物件DUT表面形貌資料(第一表面形貌資料)如下表1，表中用不同的像素表示對應到物件DUT表面上不同的位置。然而以下數值只是例示，並不用以限制實際上的數值表示方式或計算方式。

表1

於圖2B的例子示範了在第二時間區間內開啟第二像素群組，其餘像素是在關閉狀態，第二像素群組可例如被定義為像素140a、像素140d、像素140j以及像素140l。也就是說，在第二時間區間內，射向空間光調製器14的測試光線只能從像素140a、像素140d、像素140j以及像素140l穿透過去，射向其他像素的測試光線皆被遮蔽。從而，穿過這4個像素的測試光線在經過空間光調製器14後，可以被透鏡15聚焦照射到物件DUT表面上的4個位置。所述物件DUT表面上的4個位置中，除了物件DUT表面上對應於像素140a的位置已測量過之外，還有3個新的位置，分別對應像素140d、像素140j以及像素140l。本實施例定義第二時間區間內從物件DUT取得的光線為第二物件光線，例如測試光線經過像素140a、像素140d、像素140j以及像素140l射向物件DUT表面上的4個位置，因此第二時間區間內可以取得4個對應的第二物件光線。

接著，與前述例子相同的是，參考鏡13同樣可以在第二時間區間內移動一個範圍，而影像擷取設備16記錄了在參考鏡13移動的過程中，每一個參考鏡13位置對應的參考光線和第二物件光線的總和亮度，並且可以推算出物件DUT表面上的4個位置的表面形貌。為了方面說明，本實施例示範整理第二時間區間內測得的物件DUT表面形貌資料(第二表面形貌資料)如下表2，並且整合了表1的資訊。

表2

由表2可以看出本實施例在第一像素群組與第二像素群組之間設有重複的像素140a(第一重複像素)。因為像素140a掃描物件DUT表面上的位置固定，從而可以計算出在第二時間區間受到的震動干擾程度。例如，表2示範了像素140a對應到物件DUT表面上的位置，在第一時間區間的表面形貌資料為+1，而在第二時間區間的表面形貌資料為+3，可以推知震動差值(第一震動差值)為+2。換句話說，在第二時間區間測量到的所有第二表面形貌資料都受到第一震動差值的干擾，而補償/扣除第一震動差值之後的第二表面形貌資料才能與第一表面形貌資料有相同的基準。為了方面說明，本實施例示範校正後的第二表面形貌資料如下表3，並且整合了表1的資訊。

表3

於圖2C的例子示範了在第三時間區間內開啟第三像素群組，其餘像素是在關閉狀態，第三像素群組可例如被定義為像素140b、像素140d、像素140m以及像素140o。也就是說，在第三時間區間內，射向空間光調製器14的測試光線只能從像素140b、像素140d、像素140m以及像素140o穿透過去，射向其他像素的測試光線皆被遮蔽。從而，穿過這4個像素的測試光線在經過空間光調製器14後，可以被透鏡15聚焦照射到物件DUT表面上的4個位置。所述物件DUT表面上的4個位置中，除了物件DUT表面上對應於像素140d的位置已測量過之外，還有3個新的位置，分別對應像素140b、像素140m以及像素140o。本實施例定義第三時間區間內從物件DUT取得的光線為第三物件光線，例如測試光線經過像素140b、像素140d、像素140m以及像素140o射向物件DUT表面上4個位置，因此第三時間區間內可以取得4個對應的第三物件光線。

接著，與前述例子相同的是，參考鏡13同樣可以在第三時間區間內移動一個範圍，而影像擷取設備16記錄了在參考鏡13移動的過程中，每一個參考鏡13位置對應的參考光線和第三物件光線的總和亮度，並且可以推算出物件DUT表面上的4個位置的表面形貌。為了方面說明，本實施例示範整理第三時間區間內測得的物件DUT表面形貌資料(第三表面形貌資料)如下表4，並且整合了表2的資訊。

表4

由表4可以看出本實施例在第二像素群組與第三像素群組之間設有重複的像素140d(第二重複像素)。因為像素140d掃描物件DUT表面上的位置固定，從而可以計算出在第三時間區間受到的震動干擾程度。值得一提的是，雖然圖2C中繪示的第三像素群組並不包含像素140a，但並不表示第三像素群組不能選擇像素140a(第一重複像素)。舉例來說，實務上也可以選擇像素140a、像素140b、像素140m以及像素140o做為第三像素群組，從而第二像素群組與第三像素群組之間的重複像素，可以和第一像素群組與第二像素群組之間的重複像素相同。

回到圖2C繪示的例子，表4示範了像素140d對應到物件DUT表面上的位置，在第二時間區間的表面形貌資料為+1，而在第三時間區間的表面形貌資料為+2，可以推知震動差值(第二震動差值)為+1。然而，又因為為了第二表面形貌資料受到第一震動差值的干擾，可知在第三時間區間測量到的所有第三表面形貌資料受到第一震動差值與第二震動差值的影響，補償/扣除第一震動差值(+2)和第二震動差值(+1)之後的第三表面形貌資料才能與第一表面形貌資料有相同的基準。本實施例示範補償後的與第三表面形貌資料如下表5。

表5

由表5可知，可知原始的第二表面形貌資料和第三表面形貌資料都有震動造成的影響，從而如果拿沒有震動補償的表面形貌資料，將無法真實反映出物件DUT的表面形貌。應用了本發明所揭露的表面形貌檢測方法的表面形貌檢測系統1，可以在依序開啟空間光調製器14上不同的像素群組後，藉由物件DUT表面上不同位置的反射光線，判斷每個位置的表面形貌，從而達到完整掃描物件DUT指定區域表面形貌的目的。並且，在經過震動補償後，不同的像素群組對應到的表面形貌資料可以被整合在一起，從而可以取得一份完整且正確的物件DUT指定區域的表面形貌。

為了再次說明本發明的表面形貌檢測方法的步驟，請一併參考圖1A、圖2A到圖2C以及圖3，圖3係繪示依據本發明一實施例之表面形貌檢測方法的步驟流程圖。於步驟S30中，分光單元12可以將輸入光線分光為參考光線與測試光線，測試光線可以用來掃描物件DUT的表面形貌。於步驟S32中，於測試光線行進的光學路徑上設置空間光調製器14，空間光調製器14中具有多個像素140a~140o。於步驟S34中，可利用外部的電腦工作站或伺服器發出控制指令cmd，並利用控制指令cmd控制空間光調製器14，於第一時間區間開啟所述多個像素中的第一像素群組(例如像素140a、像素140c、像素140i以及像素140k)，於第二時間區間開啟所述多個像素中的第二像素群組(例如像素140a、像素140d、像素140j以及像素140l)。其中，第一像素群組與第二像素群組對應到的像素中，有至少一個重複像素(例如像素140a)。本發明表面形貌檢測方法的其他步驟細節，已於前述實施例詳細說明，在此不予贅述。

當然，本發明不限制表面形貌檢測系統1只能使用圖1A繪示的光學架構。請一併參閱圖1A與圖4，圖4係繪示依據本發明另一實施例之表面形貌檢測系統的示意圖。同樣地，本發明所揭露的表面形貌檢測方法也可以應用於表面形貌檢測系統4。與圖1A相同的是，表面形貌檢測系統4同樣具有光源40、透鏡41、空間光調製器(spatial light modulator)42、透鏡43以及影像擷取設備44。其中光源40、透鏡41、透鏡43以及影像擷取設備44的功能與前述實施例非常類似，在此不予贅述。與前一實施例不同的是，本實施例的表面形貌檢測系統4使用共焦的光學架構，且空間光調製器42可以將物件DUT反射的物件光線導引到影像擷取設備44，使得表面形貌檢測系統4同樣也可以用來檢測物件DUT。

此外，空間光調製器42中每個像素的控制方式與前一實施例相同，同樣可以將多個像素分為多個像素群組，且兩個像素群組之間具有重複像素。藉此，表面形貌檢測系統4也可以在依序開啟空間光調製器42上不同的像素群組後，掃描物件DUT指定區域的表面形貌。並且，在經過震動補償後，不同的像素群組對應到的表面形貌資料可以被整合在一起，從而可以取得一份完整且正確的物件DUT指定區域的表面形貌。

1:表面形貌檢測系統10:光源11:透鏡12:分光單元13:參考鏡14:空間光調製器140a~140o:像素15:透鏡16:影像擷取設備4:表面形貌檢測系統40:光源41:透鏡42:空間光調製器43:透鏡44:影像擷取設備S30~S34:步驟流程cmd:控制指令

圖1A係繪示依據本發明一實施例之表面形貌檢測系統的示意圖。

圖1B係繪示依據本發明另一實施例之表面形貌檢測系統的示意圖。

圖2A係繪示依據本發明一實施例之空間光調製器於第一時間區間的控制示意圖。

圖2B係繪示依據本發明一實施例之空間光調製器於第二時間區間的控制示意圖。

圖2C係繪示依據本發明一實施例之空間光調製器於第三時間區間的控制示意圖。

圖3係繪示依據本發明一實施例之表面形貌檢測方法的步驟流程圖。

圖4係繪示依據本發明另一實施例之表面形貌檢測系統的示意圖。

S30~S34:步驟流程

Claims

一種表面形貌檢測方法，包含：提供一測試光線，該測試光線用以測量一物件的表面形貌；於該測試光線的一光學路徑上，提供一空間光調製器，該空間光調製器具有多個像素；以及控制該空間光調製器，於一第一時間區間開啟該些像素中的一第一像素群組，於一第二時間區間開啟該些像素中的一第二像素群組；其中該第一像素群組與該第二像素群組分別對應部分的該些像素，且該第一像素群組與該第二像素群組之間有一第一重複像素。
如請求項1所述之表面形貌檢測方法，其中於該第一時間區間中，該物件反射該測試光線而取得一第一物件光線，於該第二時間區間中，該物件反射該測試光線而取得一第二物件光線。
如請求項2所述之表面形貌檢測方法，更包含：偵測該第一物件光線，據以產生多個第一表面形貌資料，每一該第一表面形貌資料分別對應該第一像素群組中的每一該像素；偵測該第二物件光線，據以產生多個第二表面形貌資料，每一該第二表面形貌資料分別對應該第二像素群組中的每一該像素；以及比對該第一重複像素對應的該第一表面形貌資料與該第一重複像素對應的該第二表面形貌資料，計算一第一震動差值。
如請求項3所述之表面形貌測方法，更包含：依據該第一震動差值，補償該些第二表面形貌資料。
如請求項4所述之表面形貌檢測方法，更包含：組合該些第一表面形貌資料與補償後的該些第二表面形貌資料。
如請求項3所述之表面形貌檢測方法，更包含：提供一分光單元，用以將一輸入光線分為一參考光線與該測試光線；比對該第一物件光線與該參考光線，以產生該些第一表面形貌資料；以及比對該第二物件光線與該參考光線，以產生該些第二表面形貌資料。
如請求項1所述之表面形貌檢測方法，更包含：控制該空間光調製器，於一第三時間區間開啟該些像素中的一第三像素群組；其中該第三像素群組對應部分的該些像素，且該第二像素群組與該第三像素群組之間有一第二重複像素。
如請求項7所述之表面形貌檢測方法，其中該第一重複像素不同於該第二重複像素。
如請求項7所述之表面形貌檢測方法，其中於該第三時間區間中，該物件反射該測試光線而取得一第三物件光線。
如請求項9所述之表面形貌檢測方法，更包含：偵測該第三物件光線，據以產生多個第三表面形貌資料，每一該第三表面形貌資料分別對應該第三像素群組中的每一該像素；以及比對該第二重複像素對應的該第二表面形貌資料與該第二重複像素對應的該第三表面形貌資料，計算一第二震動差值。
如請求項10所述之表面形貌檢測方法，更包含：依據該第一震動差值與該第二震動差值，補償該些第三表面形貌資料。