TWI477766B - 檢測裝置以及檢測方法 - Google Patents

Description

檢測裝置以及檢測方法

本揭露係關於一種薄膜缺陷檢測方法，尤其是關於一種藉由強化影像對比以檢測薄膜缺陷的方法。

傳統上，應用於影像檢測的橢偏增強對比方法，是找到影像全暗(null)的組態，讓瑕疵區域與非瑕疵區域呈現一亮一暗的灰階影像，藉由全暗的灰階強化出另一區域的影像對比。在操作上要旋轉偏振片與檢偏片的角度，讓其中一個區域的灰階值逐漸降低達到最暗。一般而言，為了要達到影像全暗的組態，偏振片與檢偏片需要輪流調整，並且不斷檢視相機灰階的變化情形，才能找出能達到影像全暗時，偏振片與檢偏片之最佳角度。此一找尋全暗點的過程、極化組態的切換以及相機的灰階判讀都要耗費時間。再者，光強度與元件旋轉角度是三角函數，並且在低強度時靈敏度比較低，增加相機對於灰階值判讀的難度，更也增加系統對於影像全暗與最佳影像對比的找尋時間。

有鑑於此，需要一種新的方案，以解決上述問題。

本揭露所提供之檢測裝置與檢測方法，捨棄了影像橢偏傳統上需要搜尋影像全暗點來強化瑕疵的影像對比，而是利用兩個不同組態之入射光，產生兩組不同的影像來達成影像強化的目地。再者，本揭露所提供之檢測裝置與檢 測方法亦藉由減少偏振元件的調校，並增強最佳影像的對比，以解決上述找尋最佳影像對比耗費太多時間的問題。

本揭露提供一種檢測裝置，包括一光源模組、一影像接收模組以及一處理單元。光源模組發出一第一入射光以及一第二入射光至一待測物。影像接收模組接收該第一入射光照射到該待測物所產生的一第一影像，以及該第二入射光照射到該待測物所產生的一第二影像。處理單元計算該第一影像以及該第二影像之對比值，以得到用於檢測之一高對比影像。

本揭露提供一種檢測方法，包括藉由一光源模組發出第一入射光以及第二入射光至一待測物；藉由一影像接收模組接收第一入射光照射到待測物所產生的第一影像，以及第二入射光照射到待測物所產生的第二影像；以及藉由一處理單元計算第一影像以及第二影像之對比值，以得到用於檢測之一高對比影像。

以下將詳細討論本揭露各種實施例之裝置及使用方法。然而值得注意的是，本揭露所提供之許多可行的發明概念可實施在各種特定範圍中。這些特定實施例僅用於舉例說明本揭露之裝置及使用方法，但非用於限定本揭露之範圍。

第1圖為本揭露所提出之檢測裝置的示意圖。如圖所示，檢測裝置100包括一光源模組101、一待測物102、一影像接收模組103以及一處理單元104。檢測裝置100可 應用於光學特性、半導體特性以及微電子特性之檢測。舉例而言，檢測裝置100可檢測待測物102之厚度、折射率以及影像灰階等各種物理參數。待測物102可為放置於晶圓或基板上的一種或多種之薄膜材料、半導體材料、光學材料、有機材料或無機材料。在本揭露較佳之實施例中，待測物102係包括基板上之兩種薄膜材料，分別是非晶矽(amorphous silicon)材料以及多晶矽(poly silicon)材料，但不限定於此。

光源模組101用以發出第一入射光L1以及第二入射光L2到待測物102，並且待測物102會反射第一入射光L1以及第二入射光L2至影像接收模組103，而影像接收模組103接收待測物102所產生的第一影像P1以及第二影像P2。仔細而言，影像接收模組103由待測物102所反射之第一入射光L1與第二入射光L2，成像為第一影像P1以及第二影像P2。處理單元104則計算來自影像接收模組103的第一影像P1以及第二影像P2之對比值，以得到用於檢測之一高對比影像PF。此外，處理單元104可提供一控制信號S1至光源模組101，使得光源模組101依據該控制信號S1調整所發出的第一入射光L1與第二入射光L2之組態。

值得注意的是，光源模組101所發出之第一入射光L1不同於該第二入射光L2。光源模組101可依據處理單元104所發出之控制信號S1，調整入射光之波長、入射光之入射角度等組態，使得第一入射光L1之組態不同於第二入射光 L2之組態。在本實施例中，入射光之入射角度係為入射光之行進方向與法線之間的夾角，法線係垂直於待測物102所放置之平面。舉例而言，在一實施例中，第一入射光L1之波長不同於第二入射光L2之波長。在另一實施例中，第一入射光L1之入射角度不同於第二入射光L2之入射角度204。

第2圖為本揭露所提供之實施例的示意圖。光源模組101包括光源201、極化片202以及相位補償片203。入射光係由光源201所產生，並且通過極化片202以及相位補償片203，然後到達待測物102。第一及第二入射光具有相同的入射角度204。極化片202係將入射光極化為線性偏振光，然後通過相位補償片203以調整入射光之相位。要注意的是，極化片202以及相位補償片203可以替換為其他類似功能之光學元件，不脫離本揭露所述之技術特徵的範疇。

此外，影像接收模組103包括透鏡205、檢偏片206以及感光元件207。入射光到達待測物102後，會被待測物102所反射，然後通過透鏡205以及檢偏片206，最後成像於感光元件207。要注意的是，透鏡205以及檢偏片206之放置順序可以更動，而且透鏡205、檢偏片206及感光元件207可替換為其他類似功能之光學元件，皆不脫離本揭露所述之技術特徵的範疇。在某些實施例中，感光元件207可為二維感光元件，也就是說，感光元件207配合其他裝置、機構或設備，以二維的方式依序取得待測物102 之部分子影像，最後集合全部的部分子影像而得到待測物102之完整影像。在某一實施例中，感光元件207具有較大之取像範圍，可一次取得待測物102之完整影像。

如第2圖所示之實施例，光源模組101依據來自處理單元104(未顯示)的控制信號S1，使得光源201依序發出不同波長之第一入射光L1與第二入射光L2，接著第一與第二入射光分別通過極化片202與相位補償片203至待測物102。然後，第一入射光L1與第二入射光L2依序被待測物102所反射，並且通過透鏡205與檢偏片206，然後於感光元件207分別形成第一影像P1與第二影像P2。最後，處理單元104計算該第一影像P1以及該第二影像P2之對比值，以得到用於檢測之高對比影像PF。處理單元104或是其他電子設備可判讀此高對比影像PF所顯示之灰階，檢測出待測物102之是否具有良好之均勻性、是否具有缺陷等。在此實施例中，第一與第二入射光具有相同的入射角度204以及相同的偏振組態。

第3圖所示為本揭露所提供之另一實施例。光源模組101依據來自處理單元104的控制信號S1，同時或個別調整極化片202及相位補償片203之角度，使得第一入射光L1之偏振組態不同於第二入射光L2之偏振組態。然後光源201發出第一入射光L1與第二入射光L2，第一與第二入射光分別通過極化片202與相位補償片203至待測物102。應注意的是，由於第一入射光L1所經過的極化片202與相位補償片203，與第二入射光L2所經過的極化片202 與相位補償片203，兩者之置放角度組合並不相同，因此經過相位補償片203之後到達待測物102的第一入射光L1與第二入射光L2的偏振組態也不相同。接著，第一入射光L1與第二入射光L2依序被待測物102所反射，並且通過透鏡205與檢偏片206，然後於感光元件207分別形成第一影像P1與第二影像P2。值得注意的是，在某些實施例中，光源模組101可依據控制信號S1，調整極化片202及/或檢偏片206之光軸旋轉角度，使得第一入射光L1之偏振組態不同於第二入射光L2之偏振組態。在此實施例中，第一與第二入射光具有相同的波長以及入射角度204。

第4圖所示為本揭露所提供之另一實施例。光源模組101包括第一子光源模組403以及第二子光源模組404。第一子光源模組403具有光源405、極化片406與相位補償片407，第二子光源模組404具有光源408、極化片409與相位補償片410。影像接收模組105包括第一子影像接收模組405與第二子影像接收模組406。第一子影像接收模組405具有透鏡411、檢偏片412與感光元件413，第二子影像接收模組406具有透鏡414、檢偏片415與感光元件416。在此實施例中，第一子光源模組403所發出第一入射光L1之入射角度，不同於第二子光源模組404所發出第二入射光L2之入射角度。值得注意的是，在某些實施例中，第一子光源模組403所發出的第一入射光L1之波長，不同於第二子光源模組404所發出的第二入射光L2之入波長。在某些實施例中，第一子光源模組403所發出的第一入射 光L1之偏振組態，不同於第二子光源模組404所發出的第二入射光L2之入偏振組態。也就是說，第一子光源模組403的光源405、極化片406與相位補償片407之中的至少一者，與第二子光源模組404的光源408、極化片409與相位補償片410之中的至少一者，兩者之置放角度組合並不相同。此外，在此實施例中，第一子光源模組403以及第二子光源模組404同時產生上述任一種之不同組態的第一入射光L1與第二入射光L2。

在第4圖所示之實施例中，待測物102包括第一待測區401與第二待測區402。第一待測區401與第二待測區402為不同成分、厚度及/或折射率等之材料。舉例而言，第一待測區401與第二待測區402可分別視為第1圖所示之待測物102上之兩種薄膜材料。第一子光源模組403發出第一入射光L1至待測物102之第一待測區401與第二待測區402，第一子影像接收模組405接收第一入射光L1照射第一待測區401所產生之第一子影像P11以及照射第二待測區402產生之第二子影像P12。第二子光源模組404發出第二入射光L2至待測物102之第一待測區401與第二待測區402，第二子影像接收模組406接收第二入射光L2照射第一待測區401所產生之第三子影像P13以及照射第二待測區402產生之第四子影像P14。

然後，處理單元104利用一既定公式，計算來自第一子影像接收模組405的第一子影像P11與第二子影像P12，以及來自第二子影像接收模組406的第三子影像P13 與第四子影像P14之對比值，以產生用於檢測之高對比影像PF。在實施例中，第一子影像P11、第二子影像P12、第三子影像P13、第四子影像P14與高對比影像PF皆被區分為N個區域，第一子影像P11與第二子影像P12可視為第1~3圖中之第一影像P1，第三子影像P13與第四子影像P14可視為第1~3圖中之第二影像P2，該既定公式為：

其中PFbg(i,j)為第一待測區401之區域(i,j)相對於第二待測區402之區域(i,j)所產生之高對比影像PF的灰階值，P11bg(i,j)為在第一待測區401之區域(i,j)所產生之第一子影像P11的灰階值，P12bg(i,j)為在第二待測區402之區域(i,j)所產生之第二子影像P12的灰階值，P13bg(i,j)為在第一待測區401之區域(i,j)所產生之第三子影像P13的灰階值，P14bg(i,j)為在第二待測區402之區域(i,j)所產生之第四子影像P14的灰階值。

第一及第二子影像接收模組405、406可配合其他裝置、機構或設備，以二維的方式依序取得待測物102之部分子影像，最後集合全部的部分子影像而得到待測物102之完整影像。如第5圖所示，第一子影像接收模組405接收的第一子影像P11與第二子影像P12係第一入射光L1分別照射第一與第二待測區之第一區域(亦即i=1且j=1)所產生之影像。第二子影像接收模組406接收的第三子影像P13與第四子影像P14係第二入射光L2分別照射第一與第二待測區之第一區域所產生之影像。然後，處理單元104利用 上述之既定公式與第一至第四子影像之灰階值P11bg(1,1)~P14bg(1,1)，以得到第一待測區第一區域相對於第二待測區之第一區域所產生之高對比影像PF的灰階值PFbg(1,1)。接下來，第一與第二子影像接收模組，分別取得第一與第二待測區之第二區域(亦即i=2且j=1)的子影像。也就是說，此時所得的第一至第四子影像係為第一與第二待測區之第二區域的子影像。然後，處理單元104計算第一至第四子影像之灰階值P11bg(2,1)~P14bg(2,1)，以得到第一待測區第二區域相對於第二待測區之第二區域所產生之高對比影像PF的灰階值PFbg(2,1)。總而言之，在本實施例中，藉由本揭露所提出的提高對比值之檢測方法，依序取得第一與第二待測區之部分影像的高對比影像，最後得到第一與第二待測區之全部的高對比影像PF，以進行檢測分析。值得注意的是，在本實施例中，第一及第二子影像接收模組係以二維陣列的方式，依序取得第一與第二待測區之部分影像。在某實施例中，第一及第二子影像接收模組係以一維線掃描方式，依序取得第一與第二待測區之每一行/列之部分影像或全部影像。在某實施例中，第一及第二子影像接收模組係一次性地取得第一與第二待測區之完整影像。在某些實施例中，檢測裝置100亦包括一顯示器，用以顯示處理單元104所產生之高對比影像PF。

經過處理單元104計算後之高對比影像PF之對比值，高於傳統的橢偏增強對比方法所得到之對比值，因此能得 到灰階顯示較為清晰之高對比影像PF。處理單元104、裝置操作人員或是其他電子設備可判讀此高對比影像PF所顯示之灰階，檢測出待測物102之是否具有良好之均勻性、是否具有缺陷等。在某一實施例中，當高對比影像PF中之某一特定區域之灰階，高於或低於其他區域之灰階，就表示檢測出該特定區域具有缺陷，或是該特定區域之物理參數(例如厚度、折射率等)不同於其他區域。在某一實施例中，待測物102之第一待測區401經過特定製程的處理後會成為第二待測區402，透過本揭露所提出之檢測裝置，判讀該待測物102之高對比影像PF，可檢測出經過特定製程處理後的第二待測區402之物理特性、均勻性以及缺陷狀況等。

第6圖為本揭露所提供之檢測裝置的操作流程圖。首先，在步驟S610中，光源模組101發出一第一入射光L1以及一第二入射光L2至一待測物102。光源模組101可依序或是同時發出第一與第二入射光。此外，第一入射光L1與第二入射光L2之波長及/或入射角度及/或偏振組態有所差異，並且該待測物102可包括兩個以上之不同成分及/或厚度及/或折射率之材料。在步驟S620中，影像接收模組103接收第一入射光L1照射到待測物102所產生的第一影像P1以及該第二入射光L2照射到該待測物102所產生的第二影像P2。最後在步驟S630中，處理單元104計算第一影像P1以及第二影像P2之對比值，以得到用於檢測之一高對比影像PF。處理單元104或其他電子裝置可判讀該 高對比影像PF之灰階，以檢測待測物102之理特性、均勻性以及缺陷狀況等。

惟以上所述者，僅為本揭露之較佳實施例而已，當不能以此限定本揭露實施之範圍，即大凡依本揭露申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本揭露專利涵蓋之範圍內。另外，本揭露的任一實施例或申請專利範圍不須達成本揭露所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本揭露之權利範圍。

100‧‧‧檢測裝置

101‧‧‧光源模組

102‧‧‧待測物

103‧‧‧影像接收模組

104‧‧‧處理單元

201、405、408‧‧‧光源

202、406、409‧‧‧極化片

203、407、410‧‧‧相位補償片

204‧‧‧入射角度

205、411、414‧‧‧透鏡

206、413、416‧‧‧檢偏片

207、413、416‧‧‧感光元件

401‧‧‧第一待測區

402‧‧‧第二待測區

403‧‧‧第一子光源模組

404‧‧‧第二子光源模組

405‧‧‧第一影像接收模組

406‧‧‧第二影像接收模組

S1‧‧‧控制信號

L1‧‧‧第一入射光

L2‧‧‧第二入射光

P1‧‧‧第一影像

P2‧‧‧第二影像

PF‧‧‧高對比影像

P11‧‧‧第一子影像

P12‧‧‧第二子影像

P13‧‧‧第三子影像

P14‧‧‧第四子影像

第1圖為本揭露之檢測裝置的示意圖；第2圖為本揭露之實施例的示意圖；第3圖為本揭露之另一實施例的示意圖；第4圖為本揭露之另一實施例的示意圖；第5圖為本揭露之成像方法的示意圖；第6圖為本揭露所提供之檢測裝置的操作流程圖。

100‧‧‧檢測裝置

101‧‧‧光源模組

102‧‧‧待測物

103‧‧‧影像接收模組

104‧‧‧處理單元

S1‧‧‧控制信號

L1‧‧‧第一入射光

L2‧‧‧第二入射光

Claims (16)

1. 一種檢測裝置，包括：一光源模組，發出一第一入射光以及一第二入射光至一待測物；一影像接收模組，接收該第一入射光照射到該待測物所產生的一第一影像以及該第二入射光照射到該待測物所產生的一第二影像；以及一處理單元，用以計算該第一影像以及該第二影像之對比值，以得到用於檢測之一高對比影像，其中該光源模組更包括一極化片以及一相位補償片，該影像接收模組更包括一檢偏片以及一感光元件，使得該第一入射光與該第二入射光穿過該極化片與該相位補償片而至該待測物，並且該感光元件透過通過該檢偏片取得該第一影像與該第二影像，並且該待測物更包括一第一待測區以及一第二待測區，並且該影像接收模組接收該第一入射光照射到該第一待測區所產生的一第一子影像、該第一入射光照射到該第二待測區所產生的一第二子影像、該第二入射光照射到該第一待測區所產生的一第三子影像、該第二入射光照射到該第二待測區所產生的一第四子影像，並且該處理單元利用一既定公式，計算該第一子影像、第二子影像、第三子影像以及該第四子影像之對比值，以得到用於檢測之一高對比影像，其中該第一子影像、第二子影像、第三子影像、該第四子影像與該高對比影像皆被區分為N個區域，並且該既定公式為： 其中PFbg(i,j)為該第一待測區之區域(i,j)相對於該第二待測區之區域(i,j)所產生之該高對比影像的灰階值，P11bg(i,j)為在該第一待測區之區域(i,j)所產生之該第一子影像的灰階值，P12bg(i,j)為在該第二待測區之區域(i,j)所產生之該第二子影像的灰階值，P13bg(i,j)為在該第一待測區之區域(i,j)所產生之該第三子影像的灰階值，P14bg(i,j)為在該第二待測區之區域(i,j)所產生之該第四子影像的灰階值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該第一入射光之波長不同於該第二入射光之波長。
3. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該第一入射光之入射角度不同於該第二入射光之入射角度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該極化片及/或該相位補償片及/或該檢偏片之光軸角度不同，使得該第一入射光之偏振組態不同於該第二入射光之偏振組態。
5. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該處理單元依據該高對比影像之灰階，以判斷該待測物是否具有缺陷。
6. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該光源模組更包括一第一子光源模組與一第二子光源模組，分別發出該第一入射光以及該第二入射光至該待測物，並且該影像接收模組更包括一第一子影像接收模組與一第二子影 像模組，分別接收該第一入射光照射到該待測物所產生的該第一影像以及該第二入射光照射到該待測物所產生的該第二影像。
7. 如申請專利範圍第6項所述之檢測裝置，其中該第一子光源模組與該第二子光源模組同時分別發出該第一入射光以及該第二入射光至該待測物。
8. 如申請專利範圍第6項所述之檢測裝置，其中該第一子光源模組與該第二子光源模組更分別包括一極化片以及一相位補償片，該第一子影像接收模組與該第二子影像模組更分別包括一檢偏片以及一感光元件，使得該第一入射光與該第二入射光穿過該極化片與該相位補償片而至該待測物，並且該感光元件透過通過該檢偏片取得該第一影像與該第二影像，其中該極化片及/或該相位補償片及/或該檢偏片之光軸角度不同，使得該第一入射光之偏振組態不同於該第二入射光之偏振組態。
9. 一種檢測方法，應用於一檢測裝置，該檢測裝置包括一光源模組、一影像接收模組以及一處理單元，該檢測方法包括：藉由該光源模組發出一第一入射光以及一第二入射光至一待測物；藉由該影像接收模組接收該第一入射光照射到該待測物所產生的一第一影像以及該第二入射光照射到該待測物所產生的一第二影像；以及藉由該處理單元計算該第一影像以及該第二影像之對 比值，以得到用於檢測之一高對比影像，其中該光源模組更包括一極化片以及一相位補償片，該影像接收模組更包括一檢偏片以及一感光元件，使得該第一入射光與該第二入射光穿過該極化片與該相位補償片而至該待測物，並且該感光元件透過通過該檢偏片取得該第一影像與該第二影像，並且該待測物更包括一第一待測區以及一第二待測區，並且該影像接收模組接收該第一入射光照射到該第一待測區所產生的一第一子影像、該第一入射光照射到該第二待測區所產生的一第二子影像、該第二入射光照射到該第一待測區所產生的一第三子影像、該第二入射光照射到該第二待測區所產生的一第四子影像，並且該處理單元利用一既定公式，計算該第一子影像、第二子影像、第三子影像以及該第四子影像之對比值，以得到用於檢測之一高對比影像，其中該第一子影像、第二子影像、第三子影像、該第四子影像與該高對比影像皆被區分為N個區域，並且該既定公式為： 其中PFbg(i,j)為該第一待測區之區域(i,j)相對於該第二待測區之區域(i,j)所產生之該高對比影像的灰階值，P11bg(i,j)為在該第一待測區之區域(i,j)所產生之該第一子影像的灰階值，P12bg(i,j)為在該第二待測區之區域(i,j)所產生之該第二子影像的灰階值，P13bg(i,j)為在該第一待測區之區域(i,j)所產生之該第三子影像的灰階值，P14bg(i,j)為在該第二待測區之區域(i,j)所產生之該第四子影像的灰 階值。
10. 如申請專利範圍第9項所述之檢測方法，其中該第一入射光之波長不同於該第二入射光之波長。
11. 如申請專利範圍第9項所述之檢測方法，其中該第一入射光之入射角度不同於該第二入射光之入射角度。
12. 如申請專利範圍第9項所述之檢測方法，其中該極化片及/或該相位補償片及/或該檢偏片之光軸角度不同，使得該第一入射光之偏振組態不同於該第二入射光之偏振組態。
13. 如申請專利範圍第9項所述之檢測方法，更包括藉由該處理單元依據該高對比影像之灰階，判斷該待測物是否具有缺陷。
14. 如申請專利範圍第9項所述之檢測方法，其中該第一入射光以及該第二入射光係分別藉由該光源模組之一第一子光源模組與一第二子光源模組發出至該待測物，該第一入射光照射到該待測物所產生的該第一影像係藉由該影像接收模組之一第一子影像接收模組所接收，並且該第二入射光照射到該待測物所產生的該第二影像係藉由該影像接收模組之一第二子影像接收模組所接收。
15. 如申請專利範圍第14項所述之檢測方法，其中該第一入射光以及該第二入射光係藉由該第一子光源模組與該第二子光源模組同時發出至該待測物。
16. 如申請專利範圍第14項所述之檢測方法，其中該第一子光源模組與該第二子光源模組更分別包括一極化片以 及一相位補償片，該第一子影像接收模組與該第二子影像模組更分別包括一檢偏片以及一感光元件，使得該第一入射光與該第二入射光穿過該極化片與該相位補償片而至該待測物，並且該感光元件透過通過該檢偏片取得該第一影像與該第二影像，其中該極化片及/或該相位補償片及/或該檢偏片之光軸角度不同，使得該第一入射光之偏振組態不同於該第二入射光之偏振組態。