TW202403286A - 高解析度多視場成像系統 - Google Patents
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Abstract
一種多通道可調諧透鏡系統可包括具有一流體聚焦裝置之一檢視通道，該流體聚焦裝置可快速地調整該通道之焦點以減輕環境振動。該檢視通道可產生高解析度影像，其中由振動或空氣擾動所導致之模糊降低，同時增加該系統的操作速度。該檢視通道可包括一望遠物鏡及具有遠心度(telecentricity)之目鏡以在該流體聚焦裝置中產生光瞳的一實像。該系統亦可包括用以平行地產生較低解析度影像之一檢驗通道及用以判定輪廓資訊之一焦點通道。
Description
本揭露大致上係關於成像系統，具體而言係用於檢驗應用之高解析度光學系統。
相關申請案之交互參照
本申請案主張2021年8月18日申請之美國臨時專利申請案第63/260,384號之優先權，其內容以全文引用方式併入本文中。
更高要求的檢驗應用之一者係在沉積程序期間所產生之二維（長度及寬度）特徵的晶圓檢驗。藉由使彼等特徵與不同高度之其他特徵相關以將缺陷及其位置量化且相關可使得檢驗更複雜化。一些缺陷針對低解析度系統而言可能太小而無法偵測。
然而，一些高解析度系統亦可遭受顯著的缺點。舉例而言，在一些高解析度系統中之影像可更易受由外部及內部振動源導致之失焦及/或影像劣化所影響，因為彼等系統可採用壓電轉換器(PZT)以產生聚焦步階來提供產生所欲影像解析度之增量移動。PZT之移動可導致光學像差，降低影像品質及系統解析度。另外，PZT移動可具有供系統在移動後之聚焦前穩定的穩定時間，其可減慢測量循環。
一種多通道可調諧透鏡系統可包括具有一流體聚焦裝置之一檢視通道，該流體聚焦裝置可快速地調整該通道之焦點以減輕環境振動。該檢視通道可產生高解析度影像，其中由振動或空氣擾動所導致之模糊降低，同時增加該系統的操作速度。該檢視通道可包括一望遠物鏡及具有遠心度(telecentricity)之目鏡以在該流體聚焦裝置中產生光瞳的一實像。該系統亦可包括用以平行地產生較低解析度影像之一檢驗通道及用以判定輪廓資訊之一焦點通道。
本揭露描述一種用於基板檢驗之可調諧透鏡系統。該可調諧透鏡系統可包括一顯微物鏡，其係相對於一基板而定位以放大該基板。該可調諧透鏡系統亦可包括一檢視通道，其包含：一望遠物鏡，其包括用以產生一遠心中間影像之至少兩個透鏡組件；一目鏡，其包括用以重新準直該遠心中間影像之至少兩個透鏡組件；一流體聚焦裝置，其具有基於一可變折射率之一可變焦點移位，該流體聚焦裝置用以將該檢視通道聚焦至一設定焦點位置；及一成像器，其用以產生該基板之一檢視影像。
本揭露亦描述一種用於輔助一基板之檢驗的方法，該方法包含：相對於一顯微物鏡定位該基板；使用一望遠物鏡之至少兩個透鏡組件產生一遠心中間影像；使用一目鏡之至少兩個透鏡組件重新準直該遠心中間影像；基於一施加電荷來調整一流體聚焦裝置之一焦點位準；及產生該基板之一檢視影像。
本揭露進一步描述一種多通道透鏡系統。該多通道透鏡系統可包括一顯微物鏡，其經定位相對於一基板；一能量射束分裂器，其用以將由該顯微物鏡所產生之射束分裂成一第一組能量射束及一第二組能量射束；及一檢視通道，其用以接收該第一組能量射束且產生該基板之一檢驗影像。一光譜射束分裂器可將該第二組能量射束分裂成一第一組光譜射束及一第二組光譜射束。一檢視通道可接收該第一組光譜射束且產生該基板之一檢視影像。該檢視通道可包括一望遠物鏡，其用以產生一遠心中間影像；一目鏡，其用以重新準直該遠心中間影像；一流體聚焦裝置，其具有基於一可變折射率之一可變焦點移位，該流體聚焦裝置用以聚焦該檢視通道至一設定焦點位置；及一成像器，其用以產生該檢視影像。
揭示一種解決前述問題之多通道可調諧透鏡系統。該系統可包括具有一流體聚焦裝置之一檢視通道，該流體聚焦裝置可快速地調整該通道之焦點以減輕環境振動。該檢視通道可產生高解析度影像，其中由振動所導致之模糊降低，同時增加該系統的操作速度。該檢視通道可包括一望遠物鏡及具有遠心度(telecentricity)之目鏡以在該流體聚焦裝置中產生光瞳的一實像。該系統亦可包括用以平行地產生較低解析度影像之一檢驗通道及用以判定輪廓資訊之一焦點通道。
圖1繪示可調諧透鏡系統100之實例部分。可調諧透鏡系統100可包括顯微物鏡102、能量射束分裂器104、檢驗通道106、光譜射束分裂器108、檢視通道110、及聚焦通道112。在操作中，可將受測物件（例如，半導體晶圓、裝置等）置放在顯微物鏡102下方。
可調諧透鏡系統100可包括三個通道：檢驗通道106、檢視通道110、及聚焦通道112。這些通道可同時操作。檢驗通道106可產生受測物件之較低解析度影像，相較於產生受測物件之較高解析度影像的檢視通道110。聚焦通道112可用以調整檢驗通道106之焦點。
顯微物鏡102可包括光學透鏡及其他光學組件，以提供固定放大率。顯微物鏡102可選自用以達成不同放大率之複數個物鏡。
能量射束分裂器104可提供為一光學組件，諸如板，用以將來自顯微物鏡102之入射光分裂成兩組分開的射束。來自能量射束分裂器104之一組射束可傳播至檢驗通道106中。
檢驗通道106可包括：透鏡及其他光學組件，其用以放大且聚焦射束；及偵測器，其用以形成較低解析度影像，亦即，檢驗影像。以下更詳細地描述檢驗通道106之實例。
來自能量射束分裂器104之另一組射束可到達光譜射束分裂器108。光譜射束分裂器108可提供為二色性射束分裂器。光譜射束分裂器108可包括光學組件，諸如板，用以將來自能量射束分裂器104之該組射束分裂成兩組光譜。第一光譜組可傳播至檢視通道110中，且第二光譜可傳播至聚焦通道112中。在一些實例中，第一光譜組可包括可見光波長，且第二光譜組可包括近紅外線波長。在此等實例中，可見光譜射束可傳播至檢視通道110中，且近紅外線光譜射束可傳播至聚焦通道112中。
聚焦通道112可包括聚焦感測器，用以輔助判定受測物件（例如，基板、晶圓）之輪廓。基於由聚焦通道112所收集之資訊（例如，受測物件之輪廓資訊），可調整檢驗通道106之焦點。舉例而言，檢驗通道106中之檢驗透鏡的焦點可據此調整，如以下更詳細地描述。
檢視通道110可包括：透鏡及光學組件，包括流體聚焦裝置，其用以聚焦可見光譜射束；及偵測器，其用以形成較高解析度影像，亦即，檢視影像。圖2繪示檢視通道110之實例部分。檢視通道110可包括望遠物鏡202、目鏡模組206、流體聚焦裝置208、成像器210、及控制器250。
來自光譜射束分裂器108之第一組光譜射束（例如，可見光譜射束）可傳播通過望遠物鏡202。望遠物鏡202可聚焦由顯微物鏡102所產生之經準直光以產生中間影像204。中間影像204可係經聚焦實像，其形成實像光瞳（例如，位於望遠物鏡202之背部處的孔徑光闌之影像）。中間影像204可係遠心影像。舉例而言，遠心影像可具有實質上平行於光學軸之所有主要射線。望遠物鏡202可包括複數個透鏡組件，用以產生遠心中間影像且校正在可見光譜中之色彩及影像像差。透鏡組件可提供為玻璃基板之球形透鏡。例如，望遠物鏡202可包括四個透鏡組件202.1至202.4。在此實例中，透鏡組件202.1可提供為單透鏡；透鏡組件202.2可提供為三重透鏡；而透鏡組件202.3、202.4可提供為雙重透鏡。
目鏡模組206可採用遠心中間影像且使其重新準直（例如，使射線再次平行）。目鏡模組206可在流體聚焦裝置208中形成光瞳之實像。在流體聚焦裝置208中所形成的實像可係無焦。望遠物鏡202及目鏡模組206可形成牛頓無焦(Newtonian afocal)。目鏡模組206可包括複數個透鏡組件。透鏡組件可提供為玻璃基板之球形透鏡。例如，目鏡模組206可包括三個透鏡組件206.1至206.3。在此實例中，透鏡組件206.1、206.2可提供為單透鏡，且透鏡組件206.3可提供為雙重透鏡。望遠物鏡202及目鏡模組之組合可提供無焦放大率，諸如2.5x。
流體聚焦裝置208可包括基於囊封在其中之流體的可變折射率之可變焦距移位。亦即，電荷可由控制器250施加至流體聚焦裝置208以改變在流體聚焦裝置208中之流體的折射率，其繼而調整檢視通道110之焦點。電荷可係電或磁電荷。流體聚焦裝置208可接收來自目鏡模組206之經重新準直影像且可將焦度添加至影像，致使焦點能夠在當最終影像達到成像器210時改變。控制器250可調整施加至流體聚焦裝置208之電荷以快速地改變最終影像之焦點，因此負責受測物件之不同輪廓變化。舉例而言，流體聚焦裝置208可提供為可調諧聲學梯度透鏡。
成像器210可包括聚焦透鏡210.1、成像器透鏡210.2、及偵測器210.3。聚焦透鏡210.1及成像器透鏡210.2可將影像聚焦在偵測器210.3上，該偵測器可提供為具有用以產生檢視通道之最終影像的像素組件之陣列的影像感測器（例如，CMOS影像感測器、攝影機等）。在一實例中，聚焦透鏡210.1可提供為雙重透鏡組件。由檢視通道110所產生之最終檢視影像可具有較高解析度，且實質上可不因環境振動而劣化。舉例而言，環境振動可來自透鏡系統所置放於其上之花崗石基座、來自地板、或來自其他地方。
具有用以改變檢視通道之焦點的機械裝置（例如，PZT）之系統可能無法減輕此等環境振動之不良影響，因為影像擷取速率通常比環境振動更慢。因此，地板振動可導致影像之模糊。反之，如本文所述之檢視通道可更快地聚焦（亦即，更快的聚焦時間），且因此可降低或甚至消除環境振動之不良影響。
此外，受測物件及檢視影像可係遠心的，如本文所描述。提供此遠心度提供能夠移動影像以調整焦點（例如，藉由流體聚焦裝置208）而不改變偵測器之高度的優點。因此，可變焦度透鏡（例如，流體聚焦裝置208）可引入焦度而無須橫向地位移在偵測器上之影像。
圖3繪示檢驗通道106之實例部分。檢驗通道106可包括管透鏡模組302及檢驗偵測器304。來自能量射束分裂器104之經分裂能量射束可傳播通過管透鏡模組302。管透鏡模組302可包括可調整透鏡組件，例如，四透鏡組件。在一個實例中，管透鏡模組302之焦點可藉由一或多個壓電轉換器(PZT)來調整。管透鏡模組302可將射束聚焦在檢驗偵測器304上，該檢驗偵測器可提供為具有用以產生檢驗通道之最終影像的像素組件之陣列的影像感測器（例如，CMOS影像感測器、攝影機等）。相較於最終檢視影像，最終檢驗影像可具有較低解析度。
圖4繪示聚焦通道112之實例部分。聚焦通道112可包括聚焦透鏡402及聚焦感測器404。來自光譜射束分裂器108之第二組光譜射束（例如，近紅外線光譜射束）可傳播通過聚焦透鏡402。聚焦透鏡402可將射束聚焦在聚焦感測器404上。舉例而言，聚焦透鏡402可提供為用於近紅外線光譜射束之近紅外線感測器。聚焦感測器404可判定受測物件之輪廓。接著可使用聚焦感測器404之輸出來調整檢驗通道106之焦點。舉例而言，聚焦感測器404之輸出可用以調整PZT來調整上文所述之管透鏡模組302的焦點。
圖5係用以產生檢視及檢驗影像之方法500的流程圖。舉例而言，方法500可由本文中所述之可調諧透鏡系統100執行。在步驟502，可將受測物件（例如，基板、晶圓等）置放在顯微物鏡下方。在步驟504，表示受測物件之由顯微物鏡所產生的射束可相對於能量而分裂。
在步驟506，一組能量射束可相對於光譜而進一步分裂成兩個光譜組。舉例而言，第一光譜組可包括可見光波長，且第二光譜組可包括近紅外線波長。亦可使用其他光譜。第二組光譜射束（例如，近紅外線光譜射束）可接著傳播通過聚焦通道。在步驟508，可基於第二組光譜射束來判定關於受測物件之輪廓的資訊。
返回至步驟504之輸出，另一組能量射束可傳播通過檢驗通道。在步驟510，可基於在步驟508中（亦即，在聚焦通道中）所判定之輪廓資訊來調整檢驗通道之焦點。在步驟512，可產生受測物件之檢驗影像。
返回至步驟506之輸出，第一組光譜射束（例如，可見光譜射束）可傳播通過檢視通道。在步驟514，來自第一組光譜射束之遠心中間影像。在步驟516，可將遠心中間影像重新準直，從而在流體聚焦裝置中形成實像。在步驟518，可藉由改變在流體聚焦裝置中之流體的折射率來調整流體聚焦裝置之焦點。在步驟520，可產生受測物件之檢視影像。檢視影像可具有比檢驗影像更高的解析度，且可具有更快的聚焦時間。檢驗影像及檢視影像可平行地（例如，實質上同時地）產生。
各種注意事項
上文非限制性態樣的各者可獨立成立，或可在各種排列或組合中與本文件所描述之其他態樣或其他標的的一或多者組合。
上文實施方式包括參考形成實施方式之部分的附圖。附圖藉由繪示的方式顯示了其中可實施本發明的具體實施方式。此等實施方案大致上亦稱為「實例」。此類實例可包括除了所示或描述者的元件。然而，本發明人亦考慮到其中僅提供所示或描述之彼等元件的實例。此外，本發明人亦考慮到使用所示或描述之彼等元件的任何組合或排列（或其一或多個態樣）的實例，不論是關於本文所示或描述之具體實例（或其一或多個態樣），或是關於其他實例（或其一或多個態樣）。
在本文件與以引用方式併入本文中的任何文件之間不一致使用的情況下，以本文件的使用為準。
在本文件中，用語「一(a/an)」經使用（如在專利文件中常見般）以包括一者、或多於一者，有別於「至少一者(at least one)」或「一或多者(one or more)」的任何其他情況或使用。在本文件中，用語「或(or)」用以指示非排他性，使得「A或B (A or B)」包括「A但不是B」、「B但不是A」、及「A及B」，除非另有指示。在本文件中，用語「包括(including)」及「其中(in which)」經使用作為各別用語「包含(comprising)」及「其中(wherein)」的一般英文等效語。再者，在下列態樣中，用語「包括(including)」及「包含(comprising)」係開放式的，亦即，包括除了態樣中列在此一用語後方者之外的元件的系統、裝置、物品、組成物、配方、或程序仍被視為落在彼態樣的範圍內。此外，在下列態樣中，用語「第一(first)」、「第二(second)」、及「第三(third)」等僅係用作標示，且並非意欲對所述對象施加數字要求。
本文所描述的方法實例可至少部分地以機器或電腦實施。一些實例可包括用指令編碼的電腦可讀取媒體或機器可讀取媒體，該等指令可操作以組態一電子裝置以執行如上文實例所描述的方法。此類方法的實施方案可包括代碼，諸如微碼、組合語言碼、高級語言碼、或類似者。此類碼可包括用於執行各種方法的電腦可讀指令。代碼可形成電腦程式產品的一部分。進一步，在一實例中，碼可諸如在執行或其他時間期間有形地儲存於一或多個揮發性非暫時性、或非揮發性有形電腦可讀取媒體上。此等有形電腦可讀取媒體的實例可包含但不限於硬碟、可移除式磁碟、可移除式光碟（例如，光碟及數位視訊光碟）、卡式磁帶、記憶卡或棒(memory cards or sticks)、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、及類似者。
上文描述係意欲為說明性且非限制性。例如，上述實例（或其一或多個態樣）可彼此組合使用。可諸如藉由所屬技術領域中具有通常知識者檢視上文敘述來使用其他實施方案。提供摘要以允許讀者快速地探悉本技術揭露的本質。
100:可調諧透鏡系統
102:顯微物鏡
104:能量射束分裂器
106:檢驗通道
108:光譜射束分裂器
110:檢視通道
112:聚焦通道
202:望遠物鏡
202.1-202.4:透鏡組件
204:中間影像
206:目鏡模組
206.1-206.3:透鏡組件
208:流體聚焦裝置
210:成像器
210.1:聚焦透鏡
210.2:成像器透鏡
210.3:偵測器
250:控制器
302:管透鏡模組
304:檢驗偵測器
402:聚焦透鏡
404:聚焦感測器
500:方法
502-520:步驟
隨附圖式的各種者僅係說明本揭露之實例實施例，且不應視為限制其範圍。
[圖1]繪示可調諧透鏡系統之實例部分。
[圖2]繪示檢視通道之實例部分。
[圖3]繪示檢驗通道之實例部分。
[圖4]繪示聚焦通道之實例部分。
[圖5]繪示用於產生檢視及檢驗影像之方法的流程圖。
100:可調諧透鏡系統
102:顯微物鏡
104:能量射束分裂器
106:檢驗通道
108:光譜射束分裂器
110:檢視通道
112:聚焦通道
Claims (20)
- 一種用於基板檢驗之可調諧透鏡系統，該可調諧透鏡系統包含： 顯微物鏡，其相對於基板定位以放大該基板；及 檢視通道，其包含： 望遠物鏡，其包括用以產生遠心中間影像之至少兩個透鏡組件； 目鏡，其包括用以重新準直該遠心中間影像之至少兩個透鏡組件； 流體聚焦裝置，其具有基於可變折射率之可變焦點移位，該流體聚焦裝置用以將該檢視通道聚焦至設定焦點位置；及 成像器，其用以產生該基板之檢視影像。
- 如請求項1之可調諧透鏡系統，其進一步包含： 檢驗通道，其包括管透鏡模組及偵測器，用以產生檢驗影像。
- 如請求項2之可調諧透鏡系統，其中該檢視影像及該檢驗影像是平行地產生，且該檢視影像具有比該檢驗影像更高的解析度。
- 如請求項1之可調諧透鏡系統，其進一步包含： 聚焦通道，其用以判定該基板之輪廓資訊。
- 如請求項4之可調諧透鏡系統，其中該輪廓資訊用以調整檢驗通道之焦點。
- 如請求項1之可調諧透鏡系統，其中該望遠物鏡包括用於遠心成像的四個球形透鏡組件。
- 如請求項6之可調諧透鏡系統，其中該四個球形透鏡組件包括單透鏡、三重透鏡、及兩個雙重透鏡。
- 如請求項1之可調諧透鏡系統，其中該目鏡包括四個透鏡組件，該四個透鏡組件包括兩個單透鏡及一個雙重透鏡。
- 如請求項1之可調諧透鏡系統，其中該流體聚焦裝置包括可調諧聲學梯度透鏡。
- 一種用於輔助基板之檢驗的方法，該方法包含： 相對於顯微物鏡定位該基板； 使用望遠物鏡之至少兩個透鏡組件產生遠心中間影像； 使用目鏡之至少兩個透鏡組件重新準直該遠心中間影像； 基於一施加電荷來調整一流體聚焦裝置之一焦點位準；及 產生該基板之一檢視影像。
- 如請求項10之方法，其進一步包含： 與該檢視影像實質上同時地產生該基板之檢驗影像，其中該檢視影像具有比該檢驗影像更高的解析度。
- 如請求項11之方法，其進一步包含： 基於近紅外線光譜來判定該基板之輪廓資訊；及 基於該輪廓資訊來調整該檢驗影像之焦點位準。
- 如請求項10之方法，其中該望遠物鏡包括用於遠心成像之四個球形透鏡組件。
- 如請求項13之方法，其中該四個球形透鏡組件包括單透鏡、三重透鏡、及兩個雙重透鏡。
- 如請求項10之方法，其中該目鏡包括三個透鏡組件，該三個透鏡組件包括兩個單透鏡及一個雙重透鏡。
- 如請求項10之方法，其中該流體聚焦裝置包括可調諧聲學梯度透鏡。
- 一種多通道透鏡系統，其包含： 顯微物鏡，其經定位相對於基板； 能量射束分裂器，其用以將由該顯微物鏡所產生之射束分裂成第一組能量射束及第二組能量射束； 檢驗通道，其用以接收該第一組能量射束且產生該基板之檢驗影像； 光譜射束分裂器，其用以將該第二組能量射束分裂成第一組光譜射束及第二組光譜射束；及 檢視通道，其用以接收該第一組光譜射束且產生該基板之檢視影像，該檢視通道包含： 望遠物鏡，其用以產生遠心中間影像， 目鏡，其用以重新準直該遠心中間影像， 流體聚焦裝置，其具有基於可變折射率之可變焦點移位，該流體聚焦裝置用以將該檢視通道聚焦至設定焦點位置，及 成像器，其用以產生該檢視影像。
- 如請求項17之多通道透鏡系統，其進一步包含： 聚焦通道，其用以判定該基板之輪廓資訊，其中該輪廓資訊係用以調整該檢驗通道之焦點。
- 如請求項17之多通道透鏡系統，該望遠物鏡包括用於遠心成像的四個球形透鏡組件。
- 如請求項19之多通道透鏡系統，其中該四個球形透鏡組件包括單透鏡、三重透鏡、及兩個雙重透鏡。
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