TWI531780B - 用於評估結構高度之方法及系統 - Google Patents
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Description
本申請案主張申請於2010年3月18日之美國臨時專利第61/315,093號的優先權，其係併入本文作為參考資料。
本發明係有關於一種用於評估結構高度之方法及系統。
電路及其他樣品可包含基於各種目的而應予以測量的多個顯微結構。
數位全息顯微鏡(例如，瑞士洛桑Lyncee Tec公司的DHM R1100TM)使用兩個雷射光源可同時或交替切換或連續地操作以照射樣品。處理來自樣品的光線及參考光束以提供相位資訊及振幅資訊。DHM R1100的結構描述於光學快報第18卷於2010年2月15日出版的“數位全息反射學”，在此併入本文作為參考資料。
越來越需要提供快速準確的構件用以測量顯微結構的高度。
根據本發明之一具體實施例，提供一種方法用於測量顯微結構之極值部份(extremum portion)與背景元件間之高度差(H)，該方法可包含：用一感測器檢出靠近一感測器的第一及第二干涉圖樣；其中產生該第一干涉圖樣係藉由用第一光束照射一樣品之一區域以及把有第一波長(w1)之第一參考光束與反射自該區域或者是穿經該區域且有該第一波長(w1)的光線導向該感測器；其中產生該第二干涉圖樣係藉由用第二光束照射該樣品之該區域以及把有第二波長(w2)之第二參考光束與反射自該區域或者是穿經該區域且有該第二波長(w2)的光線導向該感測器；其中該第二波長(w2)不同於該第一波長(w1)；其中該區域包含該顯微結構之該極值部份；其中高度差H小於合成波長(ws)的一半，該合成波長(ws)係等於(w1 x w2)與(w1-w2)兩者之比；其中H大於w1及w2；因應該第一及第二干涉圖樣，產生關於該顯微結構的第一及第二波長相位資訊；在該第一及第二波長相位資訊中檢出第一及第二波長極值部份資訊；以及基於該第一及第二波長極值部份資訊，計算出該顯微結構之該極值部份的高度。
根據本發明之一具體實施例，提供一種系統用於測量顯微結構之極值部份與背景元件間之高度差(H)，該系統可包含一感測器，其係經配置成可檢測靠近一感測器的第一及第二干涉圖樣；其中產生該第一干涉圖樣係藉由用第一光束照射一樣品之一區域以及把有第一波長(w1)之第一參考光束與反射自該區域或者是穿經該區域且有該第一波長(w1)的光線導向該感測器；其中產生該第二干涉圖樣係藉由用第二光束照射該樣品之該區域以及把有第二波長(w2)之第二參考光束與反射自該區域或者是穿經該區域且有該第二波長(w2)的光線導向該感測器；其中該第二波長(w2)不同於該第一波長(w1)；其中該區域包含該顯微結構之該極值部份；其中高度差H小於合成波長(ws)的一半，該合成波長(ws)係等於(w1 x w2)與(w1-w2)兩者之比；其中H大於w1及w2；以及一處理器，其係經配置成可：因應該第一及第二干涉圖樣，產生關於該顯微結構的第一及第二波長相位資訊；在該第一及第二波長相位資訊中檢出第一及第二波長極值部份資訊；以及基於該第一及第二波長極值部份資訊，計算出該顯微結構之該極值部份的高度。
該第一光束可以第一入射角照到該區域上；其中該第二光束可以與該第一入射角不同的第二入射角照到該區域上。
該顯微結構可進一步包含：位於該極值部份與該背景元件之間的一中間部份；其中由於用該第一及第二光束照射該區域，以致於該中間部份所反射的光線在該感測器的視場外。
關於該顯微結構的該第一及第二波長相位資訊包含第一及第二波長中間資訊可包含表示該中間部份有不顯著光線反射比之像素值。
該方法可包含下列步驟：基於該極值部份之預期位置，在該第一及第二波長相位資訊中檢出該第一及第二波長極值部份資訊。
該方法可包含下列步驟：取得該區域之二維圖像以及基於該極值部份在該二維圖像中之位置，在該第一及第二波長相位資訊中檢出該第一及第二波長極值部份資訊。
該方法可包含下列步驟：基於該極值部份.之預期高度來濾出第一及第二波長相位資訊像素。
該方法可包含下列步驟：藉由平均該第一及第二波長極值部份資訊之像素來算出該顯微結構之該極值部份的高度。
該方法可包含下列步驟：藉由應用一空間濾波器(spatial filter)於該第一及第二波長極值部份資訊的像素來算出該顯微結構之該極值部份的高度。
該方法可包含下列步驟：基於該第一及第二波長極值部份資訊的至少50個像素，算出該顯微結構之該極值部份的高度。
該方法可包含下列步驟：基於表示該中間部份有不顯著光線反射比之像素值來檢測該第一及第二波長中間資訊的像素；以及基於該第一及第二波長中間資訊的像素位置來檢測該第一及第二波長極值資訊的像素位置。
該方法可包含下列步驟：在該感測器與該樣品之間引進一相對運動，以及檢測源於多個彼此不同之區域的第一及第二干涉圖樣；以及對於位於不同區域的多個顯微結構，重覆該產生、檢測及計算步驟。
該方法可包含用包含該感測器及至少零個附加感測器的一感測器群檢測多個附加干涉圖樣；其中產生該至少一附加干涉圖樣係藉由用多個附加光束照射該樣品之該區域以及把有多個附加波長之多個附加波長參考光束與反射自該區域或者是穿經該區域且有該等多個附加波長的光線導向該感測器；其中該等多個附加波長不同於該第一及第二波長；因應第一、第二及多個附加干涉圖樣，產生關於該顯微結構的第一、第二及多個附加波長相位資訊；在該第一、第二及多個附加波長相位資訊中檢出第一、第二及多個附加波長極值部份資訊；以及基於該第一、第二及多個附加極值部份資訊，算出該顯微結構之該極值部份的高度。
該處理器可經配置成可基於該極值部份之一預期位置，在該第一及第二波長相位資訊中檢出該第一及第二波長極值部份資訊。
該處理器可經配置成可接收該區域之二維圖像以及基於該極值部份在該二維圖像中的位置，在該第一及第二波長相位資訊中檢出該第一及第二波長極值部份資訊。
該處理器可經配置成可基於該極值部份之一預期高度來過濾第一及第二波長相位資訊像素。
該處理器可經配置成可藉由平均該第一及第二波長極值部份資訊之像素來算出該顯微結構之該極值部份的高度。
該處理器可經配置成可藉由應用一空間濾波器於該第一及第二波長極值部份資訊的像素來算出該顯微結構之該極值部份的高度。
該處理器可經配置成可基於該第一及第二波長極值部份資訊的至少50個像素檢算出該顯微結構之該極值部份的高度。
該處理器可經配置成可基於表示該中間部份有不顯著光線反射比之像素值來檢測該第一及第二波長中間資訊的像素；以及基於該第一及第二波長中間資訊的像素位置來檢測該第一及第二波長極值資訊的像素位置。
該系統可包含一平台，其係經配置成可在該感測器與該樣品之間引進一相對運動；其中該感測器可經配置成可檢測源於多個彼此不同之區域的第一及第二干涉圖樣；其中該處理器可經配置成可重覆產生關於該顯微結構的第一及第二波長相位資訊；可檢出第一及第二波長極值部份資訊；以及可算出位於不同區域的顯微結構之極值部份的高度。
該感測器(或至少一附加感測器)可經配置成可檢測至少一附加干涉圖樣；其中產生該至少一附加干涉圖樣係藉由用至少一附加光束照射該樣品之該區域以及結合該反射光或透射光與有不同於該第一及第二波長之至少一附加波長的至少一附加參考光束；其中該處理器可經配置成可：因應第一、第二及至少一附加干涉圖樣，產生關於該顯微結構的第一、第二及至少一附加波長相位資訊；在該第一、第二及至少一附加波長相位資訊中檢出第一、第二及至少一附加波長極值部份資訊；以及基於該第一、第二及至少一附加極值部份資訊，算出該顯微結構之該極值部份的高度。
該系統可包含含有該感測器及至少零個附加感測器的一感測器群，該感測器群經配置成可檢測多個附加干涉圖樣；其中產生該至少一附加干涉圖樣係藉由用多個附加光束照射該樣品之該區域以及結合該反射光或透射光與有不同於該第一及第二波長之多個附加波長的多個附加參考光束；其中該處理器可經配置成可：因應第一、第二及多個附加干涉圖樣，產生關於該顯微結構的第一、第二及多個附加波長相位資訊；在該第一、第二及多個附加波長相位資訊中檢出第一、第二及多個附加波長極值部份資訊；以及基於該第一、第二及多個附加極值部份資訊，算出該顯微結構之該極值部份的高度。
根據本發明之一具體實施例，提供一種電腦程式產品，其係包含一非暫時性電腦可讀取媒體供儲存用於測量顯微結構之極值部份與背景元件間之高度差(H)的指令，該指令包含下列指令：用一感測器檢出靠近一感測器的第一及第二干涉圖樣；其中產生該第一干涉圖樣係藉由用第一光束照射一樣品之一區域以及把有第一波長(w1)之第一參考光束與反射自該區域或者是穿經該區域且有該第一波長(w1)的光線導向該感測器；其中產生該第二干涉圖樣係藉由用第二光束照射該樣品之該區域以及把有第二波長(w2)之第二參考光束與反射自該區域或者是穿經該區域且有該第二波長(w2)的光線導向該感測器；其中該第二波長(w2)不同於該第一波長(w1)；其中該區域包含該顯微結構之該極值部份；其中高度差H小於合成波長(ws)的一半，該合成波長(ws)係等於(w1 x w2)與(w1-w2)兩者之比；其中H大於w1及w2；因應該第一及第二干涉圖樣，產生關於該顯微結構的第一及第二波長相位資訊；在該第一及第二波長相位資訊中檢出第一及第二波長極值部份資訊；以及基於該第一及第二波長極值部份資訊，計算出該顯微結構之該極值部份的高度。
本說明書之結論部份已特地指出並清楚地聲明本發明之主旨。不過，以下具附圖之詳細說明將可使讀者對本發明之組織、操作方法以及目標、特性與優點有最佳之了解：第1圖圖示本發明系統之一具體實施例；第2圖圖示本發明系統之一具體實施例；第3圖圖示本發明系統之一具體實施例；第4圖圖示本發明系統之一具體實施例；第5圖的橫截面圖根據本發明之一具體實施例圖示凸塊、光束、參考光束及反射光束與波長關係；第6圖根據本發明之一具體實施例圖示凸塊的第一波長相位圖像與第二波長相位圖像；第7圖圖示本發明方法之一具體實施例；第8圖圖示本發明方法之一具體實施例；以及第9圖圖示本發明系統之一具體實施例。
應瞭解，為了圖示簡潔及清楚，圖中元件不一定按比例繪製。例如，為了清晰起見，相對於其它元件，可能誇大某些元件的尺寸。此外，在認為適當的地方，圖中用重覆的元件符號以表示對應或類似的元件。
在以下說明的中，為了解釋，提出許多特定細節供徹底了解本發明。不過，熟諳此藝者應瞭解，在沒有該等特定細節下仍可實施本發明。在其他情況下，不描述眾所周知的方法、程序及組件以免混淆本發明。
儘管以下有些文字的附圖是圖解說明感測來自一區域之反射光的系統及方法，應注意，該方法及系統可比照應用於感測穿經樣品區之光線的感測器。
第1圖根據本發明之一具體實施例圖示系統9。
系統9經配置成可測量顯微結構之極值部份與背景元件間之高度差(H)。系統9可多次測量該高度差。應注意，以下的數字及解釋係指高於背景元件的極值部份然而該極值部份可能位於背景元件下。前者的不具限定性實施例包含凸塊(bump)與導體，而後者的不具限定性實施例包含空穴、貫孔及溝槽。
背景元件可為顯微結構形成於其上的電路表面或層。稱為“背景元件”是因為要測量它與極值部份的相對高度。
系統9可包含：
i. 至少一感測器，例如感測器13，
ii. 第一光源11與第二光源12，
iii. 光學元件，例如反射鏡14、16、17、19及10，分光鏡15及18，以及透鏡(字圖示但可包含物鏡、濾鏡、聚光鏡等等)。
iv.處理器50。
術語分光鏡係指可分開光束或以其他方式改變光束路徑的任何光學元件。分光鏡可以不同方式回應由不同位置進入分光鏡的光束，以及另外或替換地，不同波長的光束。
每個光源可為雷射或任何其他光源。它可產生包含第一及第二波長甚至一或更多附加波長的頻率梳(frequency comb)。該頻率梳可為包含等距線(equidistant line)的光譜。該等等距線可具有第一波長、第二波長或至少一附加波長。
每個光源可產生所有的要求波長以及有多個波長的光線可照射樣品以及也用來產生參考光束。
第一光源11可為發出有第一波長之光線的雷射。有第一波長的光束由第一光源11產生，用反射鏡14偏轉，以及被分光鏡15分開。有一部份(稱作第一光束)23被反射鏡19反射及穿經分光鏡18以照到樣品30上。其他部份(稱作第一參考光束)25被反射鏡16、17及10反射及穿經分光鏡18以照到感測器13上。
第一光束23可以第一入射角照到樣品30的區域上。第二光束可以與該第一入射角不同的第二入射角。
可確實“組合”第一光束與第一參考光束25以在感測器13上產生第一干涉圖樣。第一光束從樣品30反射到分光鏡18以及與第一參考光束組合以及被分光鏡18引到感測器13。
第二光源12可為發出有第二波長之光線的雷射。有第二波長的光束被第二光源12產生以及用分光鏡15分開。有一部份(稱作第二光束)24被反射鏡19反射及穿經分光鏡18以照到樣品30上。其他部份(稱作第二參考光束)26被反射鏡16、17及10反射及穿透分光鏡18以照到感測器13上。第二光束23與第二參考光束25在感測器13上產生第二干涉圖樣。第二光束從樣品30反射到分光鏡18以及與第二參考光束組合以及被分光鏡18引到感測器13。
雖然第1圖圖示第一及第二參考光束25及26的路徑比第一及第二光束23及24長些，然而這未必如此，因為它們可以不同的方式經過較短的路徑或以其他方式延遲。
感測器13可為面積感測器。它可包含一或更多感測元件陣列，例如單一CCD或多個CCD陣列。
圖中處理器50含有：
i. 產生模組51，其係可經配置成可因應該第一及第二干涉圖樣，用特定算法產生關於該顯微結構的第一及第二波長相位資訊。
ii.檢出模組52，其係可經配置成可在該第一及第二波長相位資訊中檢出第一及第二波長極值部份資訊。
iii. 計算模組53，其係可經配置成可基於該第一及第二波長極值部份資訊來算出該顯微結構之該極值部份的高度。
產生模組51可因應該第一及第二干涉圖樣，用習知的數位全息顯微算法來產生關於該顯微結構的第一及第二波長相位資訊。這些可為第一及第二波長相位圖樣，另外或替換地振幅圖像。
第5圖圖示位在背景元件70上的凸塊60。凸塊60有極值部份62與圍著它的中間部份64。由於凸塊60有圓形結構以及系統9的垂直照射及收集，中間部份62所反射的干涉圖樣會傳播到感測器13的視場外，而極值部份62所反射的干涉圖樣90在感測器13的視場內。因此，看到呈黑色的中間部份64(無或幾乎沒有反射光)。
由於有雜訊及系統9的光學缺陷，凸塊的圖像可能有雜訊及變形。
第6圖的第一波長相位圖像101與第二波長相位圖像102為關於凸塊60的第一及第二波長相位資訊實施例。第一波長相位圖像101包含可表示凸塊之極值部份62的中心，可呈暗色(或以其他方式表示沒有或低度反射)的中間部份像素121，以及背景像素131。第一波長相位圖像101包含高度含糊度(height ambiguity)，因為H等於w1 91的多個整個以及w1(DW1 98)的分數(可能為零)，以及此多個整個為未知。
第二波長相位圖像102包含可表示凸塊之極值部份62的中心，可呈暗色(或以其他方式表示沒有或低度反射)的中間部份像素122，以及背景像素132。第二波長相位圖像102包含高度含糊度，因為H等於w2 92的多個整個以及w2(DW2 97)的分數(可能為零)，以及此多個整個為未知。事實上，第一及第二波長相位圖像101及102為w1與w2的分數。
用多個第二波長相位圖像像素及多個第一波長相位圖像像素解析該高度含糊度。
請再參考第1圖，可將檢出模組52配置成可執行以下步驟中之至少一：
i. 基於該極值部份之預期位置，在該第一及第二波長相位資訊中檢出該第一及第二波長極值部份資訊，其中該預期位置可從其他結構元件的位置學習，可由設計資訊或任何其他方式驅動。
ii. 在可用同一感測器(用非全息式照射)或使用另一感測器擷取的二維圖像中，基於該極值部份之位置，在該第一及第二波長相位資訊中檢出該第一及第二波長極值部份資訊。
iii. 基於該極值部份.之預期高度來濾出第一及第二波長相位資訊像素。
iv.檢測表示極低或無反射比(例如，由中間部份)的像素，其中至少預定最少個數的此類像素可提供關於該顯微結構中預期不反射光至該感測器之中間部份的指示，以及定義接近該等像素的像素屬於該極值部份。
計算模組53可經配置成可執行以下步驟中之至少一：
i. 藉由平均該第一及第二波長極值部份資訊之像素來算出該顯微結構之該極值部份的高度，平均可減少誤差。
ii. 藉由應用空間濾波器於該第一及第二波長極值部份資訊之像素來算出該顯微結構之該極值部份的高度。
iii. 該第一及第二波長極值部份資訊的大量像素(例如，至少50個像素)來算出該顯微結構之該極值部份的高度。大量處理過的像素可增加測量值的精度。
樣品30位在平台(它可包含夾頭)31上。平台31可引進感測器13與物件30之間的運動以便攝影物件30的多個區域與多個結構元件。
平台31可沿著預定的掃描圖形移動，以及可激活光源(21與22)中之一或兩者或者是感測器13一段很短的時間(脈動)。
感測器13可經配置成可檢測來自樣品30之多個彼此不同區域的第一及第二干涉圖樣。處理器50可經配置成可重覆產生關於該顯微結構的第一及第二波長相位資訊；可檢出第一及第二波長極值部份資訊；以及可算出位於不同區域的顯微結構之極值部份的高度。
第2圖根據本發明之一具體實施例圖示系統9'。
第2圖的系統9’與第1圖的系統9不同的地方在於含有附加光源41、附加反射鏡43，以及反射鏡14換成分光鏡14'。
附加光源41可為以附加波長發光的雷射。有附加波長的光束用附加光源41產生，被反射鏡43偏轉，穿經分光鏡14'，以及被分光鏡15分開。有一部份(稱作附加光束)43被反射鏡19反射以及穿經分光鏡18以照到樣品30上。其他部份(稱作附加參考光束)45被反射鏡16、17及10反射氶透過分光鏡18以照到感測器13上。附加光束43與附加參考光束45在感測器13上產生干涉圖樣。該附加光束由樣品30反射到分光鏡18以及與附加參考光束組合以及用分光鏡18引到感測器13。
第3圖根據本發明之一具體實施例圖示系統9”。第3圖的系統9”與第2圖的系統9’不同的地方在於含有附加感測器44、附加反射鏡47及附加分光鏡47。附加感測器44可感測附加干涉圖樣或第一干涉圖樣或第二干涉圖樣，但是這未必如此。附加反射鏡47與附加分光鏡47檢出干涉圖樣給感測器44及感測器13。
第4圖根據本發明之一具體實施例圖示系統9’’’。第4圖的系統9’’’與第1圖的系統9不同的地方在於含有附加光源49以及反射鏡19換成分光鏡47。
分光鏡47用作與第一及第二光束23及24有關的反射鏡然而也允許來自附加光源49的附加光束穿過它照到樣品30上。此附加光束與參考光束不相關以及波長與w1及w2不同從而不產生干涉圖樣。它是用來產生該區域的二維圖像。
應注意，可用專用感測器來產生該二維圖像或藉由擋掉(或以其他方式不產生)第一或第二參考光束來產生。
處理器50經配置成可接收或產生該區域的二維圖像以及基於該極值部份在該二維圖像中的位置，在該第一及第二波長相位資訊中檢出該第一及第二波長極值部份資訊。
第7圖根據本發明之一具體實施例圖示方法700。
方法700可用來測量顯微結構之極值部份與背景元件間之高度差(H)。
方法700可由階段710開始，其係用第一光束照射一樣品之一區域以及把有第一波長(w1)之第一參考光束與反射自該區域或者是穿經該區域且有該第一波長(w1)的光線導向該感測器；其中產生該第二干涉圖樣係藉由用第二光束照射該樣品之該區域以及把有第二波長(w2)之第二參考光束與反射自該區域或者是穿經該區域且有該第二波長(w2)的光線導向該感測器；其中該第二波長(w2)不同於該第一波長(w1)。
第二波長w2不同於第一波長w1。該區域包含該顯微結構的極值部份。高度差H小於合成波長(ws)的一半，該合成波長(ws)係等於(w1 x w2)與(w1-w2)兩者之比，即ws=(w1 x w2)/∥w1-w2∥。H大於w1及w2。合成波長可為起因於第一及第二干涉圖樣之組合的拍頻(beating)的波長。
每個參考光束可由與該光束(波長相同)相同的光源產生，但是可傳播通過有不同光學長度的不同路徑。
階段710可包含用該第一光束以第一入射角照射該區域以及用該第二光束以與該第一入射角不同的第二入射角照射該區域。此角度差有助於分離第一及第二干涉圖樣。
階段710之後為用一感測器檢出該第一及第二干涉圖樣的階段720。
階段720之後為階段730，其係因應該第一及第二干涉圖樣，產生關於該顯微結構的第一及第二波長相位資訊。階段720可包含應用習知的數位全息顯微算法。
階段730之後為階段740，其係在該第一及第二波長相位資訊中檢出第一及第二波長極值部份資訊。
階段740可包含以下步驟中之至少一：(i)基於該極值部份之預期位置，在該第一及第二波長相位資訊中檢出該第一及第二波長極值部份資訊，其中該預期位置可從其他結構元件的位置學習，可由設計資訊或任何其他方式驅動；(ii)在可用同一感測器(用非全息式照射)或使用另一感測器擷取的二維圖像中，基於該極值部份之位置，在該第一及第二波長相位資訊中檢出該第一及第二波長極值部份資訊；(iii)基於該極值部份之預期高度濾出第一及第二波長相位資訊像素；(iv)檢測表示極低或無反射比的像素，其中至少預定最少個數的此類像素可提供關於該顯微結構中預期不反射光至該感測器之中間部份的指示，以及定義接近該等像素的像素屬於該極值部份。
階段740之後為階段750，其係基於該第一及第二波長極值部份資訊來算出該顯微結構之該極值部份的高度。
階段750可包含以下步驟中之至少一：(i)藉由平均該第一及第二波長極值部份資訊之像素來算出該顯微結構之該極值部份的高度，該平均可減少誤差；(ii)藉由應用空間濾波器於該第一及第二波長極值部份資訊之像素來算出該顯微結構之該極值部份的高度；(iii)該第一及第二波長極值部份資訊的大量像素(例如，至少50個像素)來算出該顯微結構之該極值部份的高度。大量處理過的像素可增加測量值的精度。
對於該樣品的其他區域或其他的顯微結構，可重覆上述階段(階段710至750)。這以階段760圖示，其係在該感測器與該樣品之間引進一相對運動然後跳到階段710以便測量另一結構元件或另一區域的高度。可重覆進行直到完成掃描圖形或直到滿足另一準則。
方法700係圖示成應用於有兩個波長的光束。應注意，該方法可比照應用於兩個以上的波長。特別是，它可應用於大於K之任意多個的波長，其中K可大於2、3、4、5、6、7、8或任何其他正整數。
檢測N個波長之不同光束所需要的感測器個數可為M，其中M可等於、小於或大於K。
當使用N個波長的光束時，該等光束可同時，以重疊方式、以不重疊的方式或兩者之組合照射該地區。應注意，可照射及並行測量多個結構元件。
第8圖圖示使用有兩個以上之波長的多個光束。
第8圖根據本發明之一具體實施例圖示方法800。
方法800可用來測量顯微結構之極值部份與背景元件間之高度差(H)。
方法800由階段810開始：(a)用第一光束照射一樣品之一區域以及把有第一波長(w1)之第一參考光束與反射自該區域或者是穿經該區域且有該第一波長(w1)的光線導向該感測器；(b)用第二光束照射該樣品之該區域以及把有第二波長(w2)之第二參考光束與反射自該區域或者是穿經該區域且有該第二波長(w2)的光線導向該感測器；其中該第二波長(w2)不同於該第一波長(w1)；以及(c)用至少一附加光束照射該樣品之該區域以及把有該至少一附加波長(wi)之至少一附加參考光束與反射自該區域或者是穿經該區域且有該至少一附加波長的光線導向該感測器；其中該至少一附加波長不同於該第一及第二波長。可以有多個彼此不同的附加波長。通常，至少一合成波長會有拍頻干涉半波長，其係比視場中最高陡峭結構(“台階”)高度大些。每個附加光束的入射角可與所有其他光束的入射角不同。
階段810之後為階段820，其係用感測器檢測該第一、第二及至少一附加干涉圖樣。
階段820之後為階段830，其係因應第一、第二及至少一附加干涉圖樣，產生關於該顯微結構的第一、第二及至少一附加波長相位資訊。
階段830之後為階段840，其係在該第一、第二及至少一附加波長相位資訊中檢出第一、第二及至少一附加波長極值部份資訊。
階段840之後為階段850，其係基於該第一、第二及至少一附加極值部份資訊，算出該顯微結構之該極值部份的高度。
對於該樣品的其他區域或其他的顯微結構，可重覆上述階段(階段810至850)。這由階段860圖示，其係在該感測器與該樣品之間引進一相對運動然後跳到階段810以便測量另一結構元件或另一區域的高度。可重覆進行直到完成掃描圖形或直到滿足另一準則。
執行上述方法及其組合(或方法階段)中之任一可用電腦來執行儲存於電腦程式產品之非暫時性電腦可讀取媒體的指令。
應注意，每個方法的階段(甚至稱作階段序列)可不同於圖示於附圖的順序以及可不按照順序以重疊或至少部份重疊的方式來執行該等階段。
第9圖根據本發明之一具體實施例圖示系統900。
系統900可包含：(i)數位全息光件，它可包含兩個或更多雷射的至少一集合(產生“合成波長”)用於在數位感測器(相機)上產生全息圖；(ii)數個透鏡及分光鏡；(iii)一感測器，例如相機，用於記錄全息圖像及輸出數位呈現或隨後會轉換成數位格式的類比呈現；(iv)數位全息軟體，其係可由處理器執行以處理全息圖像，產生相位及振幅圖像和解碼成2D高度圖；(v)一處理電腦，其係執行數位全息處理及後續的算法；(vi)用於操縱受驗物件的裝載/卸載模組(手動或自動)；以及(vii)用於使受驗物件與光件相對運動的運動模組，例如平台。以下描述該等元件。元件(i)至(v)可為數位全息顯微鏡(DHM)910的部件，元件(vi)可為裝載/卸載單元930，以及元件(vii)可為平台31。
系統900為自動光學檢驗(AOI)系統。它可包含第1圖的系統9、第2圖的系統9’、第3圖的系統9”及第4圖的系統9’’’中之一個。
系統900可包含數位全息顯微鏡(DHM)910。請參考第1圖，該DHM可包含感測器13、第一光源11及第二光源12，光學元件(例如，反射鏡14、16、17、19及10)、分光鏡15及18及透鏡、以及產生模組51。
系統900也可包含平台31用於引進該樣品與該感測器之間的運動。它可包含一個以上的平台以及可包含用於移動該感測器的平台。
DHM 910可用多個照射光源一個接著一個區域地照射受驗物件(樣品)以產生干涉圖樣及分析干涉圖樣以得到受照區域的3D甚至2D資訊。可用光束及參考光束照射一個區域以產生可提供該區域之全息圖像的干涉圖樣。
該全息圖像可用處理器50(可為分散或集中式計算單元)處理，可將處理器50配置成可應用一或更多算法用以重構三維(3D)資訊、二維(2D)資訊或兩者。第9圖圖示含有二維圖像處理模組54的處理器50。上述系統中之任一也可包含該模組。
系統900也可包含控制器920，其係用以基於各種參數，例如對象(例如，凸塊)之3D圖樣的估計位置、時間約束(2D資訊比較容易提取)及其類似者，檢判斷何時提取3D資訊及/或2D資訊。
系統900可包含用於照射受驗物件之其他部份的附加光件。該等光件可包含2D相機或配置成可得到資訊的任何其他光學路徑。
系統900內含有DHM 910允許以下一代凸塊(10微米以下)所要求的重複性高速掃描3D結構。
及時甚至離線處理允許取得高解析度二維圖像同時測量3D結構(同時測量2D與3D)。
在檢驗物件30時，控制器920可判斷應用那一個測量模式(2D、3D、組合式、等等)。
系統900也可包含裝載及卸載單元，例如裝載及卸載單元930，然而該單元可能為系統900的部件。
系統900在樣品30運動期間可擷取一或更多相關區域的圖像。這可能涉及短暫的曝光時間，因為系統900不需停下掃描過程以擷取圖像。因此，可使用脈動照射或脈動感測器。
全息圖像可送到處理器50(例如，分散式電腦)供處理。
處理器50可用數位全息算法該全息圖像而產生相位及振幅圖像，包含凸塊2D高度圖H=f(X,Y)。
2D凸塊高度圖可用3D算法處理用以計算相對於預定表面積的每個凸塊高度。
後處理算法(post processing algorithm)可應用於晶粒級統計計算(例如，共面度、等等)。
然後可報告放入檔案、螢幕、等等的結果。
系統900可執行以下步驟中之至少一：
i. 3D測量/計量。
ii.2D(振幅)圖像擷取。
iii. 由相同的圖像提取2D、3D資訊，高度測量與缺陷檢測；
iv.使用3D資訊及/或2D資訊驗證缺陷。
v. 使用手動或自動分類的3D資訊及/或2D資訊分類缺陷。
DHM 910在約10毫秒中可擷取2D全息圖像(例如，一百萬個像素)以及從中取得3D資訊。可由單一2D圖框算出3D資料，單一圖像可給出完整的3D資料，而不需要任何種類的垂直掃描。
可設定測量的重覆性為閥值，例如遠小於測量範圍之百分之一的閥值。
儘管本文已圖示及描述本發明的一些特徵，然而本技藝一般技術人員仍可想出許多修改、替代、改變、及等價。因此，應瞭解，希望隨附申請專利範圍可涵蓋落入本發明真正精神內的所有修改及改變。
9、9’、9”、9’’’．．．系統
11．．．第一光源
12．．．第二光源
13．．．感測器
10、14、16、17、19．．．反射鏡
14’．．．分光鏡
15、18．．．分光鏡
21、22．．．光源
23．．．第一光束
24．．．第二光束
25．．．第一參考光束
26．．．第二參考光束
30．．．樣品
31．．．平台
41．．．附加光源
43．．．附加反射鏡
43．．．附加光束
44．．．附加感測器
45．．．附加參考光束
47．．．附加反射鏡
49．．．附加光源
50．．．處理器
51．．．產生模組
52．．．檢出模組
53．．．計算模組
60．．．凸塊
62．．．極值部份
64．．．中間部份
70．．．背景元件
101．．．第一波長相位圖像
102．．．第二波長相位圖像
121、122．．．中間部份像素
131、132．．．背景像素
700．．．方法
710-760．．．階段
800．．．方法
810-860．．．階段
900．．．系統
910．．．DHM
920．．．控制器
930．．．裝載及卸載單元
H．．．高度差
DW1、DW2．．．分數
w1．．．第一波長
w2．．．第二波長
第1圖圖示本發明系統之一具體實施例；
第2圖圖示本發明系統之一具體實施例；
第3圖圖示本發明系統之一具體實施例；
第4圖圖示本發明系統之一具體實施例；
第5圖的橫截面圖根據本發明之一具體實施例圖示凸塊、光束、參考光束及反射光束與波長關係；
第6圖根據本發明之一具體實施例圖示凸塊的第一波長相位圖像與第二波長相位圖像；
第7圖圖示本發明方法之一具體實施例；
第8圖圖示本發明方法之一具體實施例；以及
第9圖圖示本發明系統之一具體實施例。
9．．．系統
11．．．第一光源
12．．．第二光源
13．．．感測器
10、14、16、17、19．．．反射鏡
15、18．．．分光鏡
21、22．．．光源
23．．．第一光束
24．．．第二光束
25．．．第一參考光束
26．．．第二參考光束
30．．．樣品
31．．．平台
50．．．處理器
51．．．產生模組
52．．．檢出模組
53．．．計算模組
Claims (35)
- 一種用於測量顯微結構之極值部份與背景元件間之高度差(H)的方法，該方法包含下列步驟：用一感測器檢測靠近一感測器的第一及第二干涉圖樣；其中產生該第一干涉圖樣係藉由用一第一光束照射一樣品之一區域，以及把有一第一波長(w1)之一第一參考光束與自該區域反射或者是穿經該區域且有該第一波長(w1)的光線導向該感測器；其中產生該第二干涉圖樣係藉由用一第二光束照射該樣品之該區域，以及把有一第二波長(w2)之一第二參考光束與自該區域反射或者是穿經該區域且有該第二波長(w2)的光線導向該感測器；其中該第二波長(w2)不同於該第一波長(w1)；其中該區域包含該顯微結構之該極值部份；其中該高度差H小於一合成波長(ws)的一半，該合成波長(ws)係等於(w1 x w2)與w1及w2之差的比值；其中H大於w1及w2；因應該等第一及第二干涉圖樣，產生關於該顯微結構的第一及第二波長相位資訊；在該第一及第二波長相位資訊中檢測第一及第二波長極值部份資訊；以及基於該第一及第二波長極值部份資訊，計算該顯微結構之該極值部份的高度；其中該顯微結構包含置設於該極值部份與該背景元件間的一中間部份；其中由於透過該等第一及第二光束照射該區域，以 致自該中間部份反射的光線係在該感測器之一視場外；其中關於該顯微結構的該第一及第二波長相位資訊包含第一及第二波長中間資訊，該第一及第二波長中間資訊包含表示該中間部份有不顯著光線反射比之像素值；以及其中該方法更包含基於表示該中間部份有不顯著光線反射比的像素值來檢測該第一及第二波長中間資訊的像素；及基於該第一及第二波長中間資訊之像素的位置來檢測該第一及第二波長極值資訊之像素的位置。
- 如請求項1之方法，其中該第一光束以一第一入射角照在該區域上；其中該第二光束以與該第一入射角不同的一第二入射角照在該區域上。
- 如請求項1之方法，其中該第一波長(w1)光線與該第二波長(w2)光線係在一光學頻率梳中產生或係為一光學頻率梳之一部份。
- 如請求項1之方法，其包含下列步驟：基於該極值部份之一預期位置，在該第一及第二波長相位資訊中檢測該第一及第二波長極值部份資訊。
- 如請求項1之方法，其包含下列步驟：取得該區域之一個二維圖像，以及基於該二維圖像中之該極值部份的一位置，在該第一及第二波長相位資訊中檢測該第一及第二波長極值部份資訊。
- 如請求項1之方法，其包含下列步驟：基於該極值部份之一預期高度來過濾第一及第二波長相位資訊像素。
- 如請求項1之方法，其包含下列步驟：藉由平均該第一及第二波長極值部份資訊之像素來計算該顯微結構之該極值部份的高度。
- 如請求項1之方法，其包含下列步驟：藉由於該第一及第二波長極值部份資訊之像素利用一空間濾波器來計算該顯微結構之該極值部份的高度。
- 如請求項1之方法，其包含下列步驟：基於該第一及第二波長極值部份資訊的至少50個像素來計算該顯微結構之該極值部份的高度。
- 如請求項1之方法，其中該顯微結構為一顯微凸塊。
- 如請求項1之方法，其中該顯微結構為具有一顯微高度的一導體。
- 如請求項1之方法，其包含下列步驟：在該感測器與該樣品之間引進一相對運動，及檢測源於多個彼此不同之區域的第一及第二干涉圖樣；以及對於位於該等不同區域的多個顯微結構，重覆該產生、檢測及計算步驟。
- 如請求項1之方法，其包含下列步驟：用該感測器檢測至少一附加干涉圖樣；其中產生該至少一附加干涉圖樣係藉由用至少一附加光束照射該樣品之該區域，以及把有至少一附加波長之至少一附加波長參考光束與自該區域反射或者是穿經該區域且有該至少一附加波長的光線導向該感測器；其中該至少一附加波長不同於該等第一及第二波長；因應第一、第二及至少一附加干涉圖樣，產生關於 該顯微結構的第一、第二及至少一附加波長相位資訊；在該第一、第二及至少一附加波長相位資訊中檢測第一、第二及至少一附加波長極值部份資訊；以及基於該第一、第二及至少一附加極值部份資訊，計算該顯微結構之該極值部份的高度。
- 如請求項13之方法，其中該第一波長(w1)光線、該第二波長(w2)光線及該等附加波長之光線在一光學頻率梳中產生或為一光學頻率梳中之一部份。
- 如請求項1之方法，其包含下列步驟：用至少一附加感測器檢測至少一附加干涉圖樣；其中產生該至少一附加干涉圖樣係藉由用至少一附加光束照射該樣品之該區域，以及把有至少一附加波長之至少一附加波長參考光束與自該區域反射或者是穿經該區域且有該至少一附加波長的光線導向該感測器而產生；其中該至少一附加波長不同於該等第一及第二波長；因應第一、第二及至少一附加干涉圖樣，產生關於該顯微結構的第一、第二及至少一附加波長相位資訊；在該第一、第二及至少一附加波長相位資訊中檢測第一、第二及至少一附加波長極值部份資訊；以及基於該第一、第二及至少一附加極值部份資訊，計算該顯微結構之該極值部份的高度。
- 如請求項1之方法，其包含下列步驟：用一感測器群檢測多個附加干涉圖樣，該感測器群 包含有該感測器的至少一感測器；其中產生至少一附加干涉圖樣係藉由用多個附加光束照射該樣品之該區域，以及把有多個附加波長之多個附加波長參考光束與自該區域反射或者是穿經該區域且有該等多個附加波長的光線導向該感測器；其中該等多個附加波長不同於該等第一及第二波長；因應第一、第二及多個附加干涉圖樣，產生關於該顯微結構的第一、第二及多個附加波長相位資訊；在該第一、第二及多個附加波長相位資訊中檢測第一、第二及多個附加波長極值部份資訊；以及基於該第一、第二及多個附加極值部份資訊，計算該顯微結構之該極值部份的高度。
- 一種用於測量顯微結構之極值部份與背景元件間之高度差(H)的系統，該系統包含：一感測器，其係經配置成可檢測靠近一感測器的第一及第二干涉圖樣；其中產生該等第一干涉圖樣係藉由用一第一光束照射一樣品之一區域，以及把有一第一波長(w1)之一第一參考光束與自該區域反射或者是穿經該區域且有該第一波長(w1)的光線導向該感測器；其中產生該等第二干涉圖樣係藉由用一第二光束照射該樣品之該區域，以及把有一第二波長(w2)之一第二參考光束與自該區域反射或者是穿經該區域且有該第二波長(w2)的光線導向該感測器；其中該第二波長(w2)不同於該第一波長(w1)；其中該區域包含該顯微結構之該極值部 份；其中該高度差H小於一合成波長(ws)的一半，該合成波長(ws)係等於(w1 x w2)與w1及w2之差的比值；其中H大於w1及w2；以及一處理器，其係經配置成可：因應該等第一及第二干涉圖樣，產生關於該顯微結構的第一及第二波長相位資訊；接收該區域之一個二維圖像；基於該二維圖像中之一極值部份的一位置，在該第一及第二波長相位資訊中檢測第一及第二波長極值部份資訊；以及基於該第一及第二波長極值部份資訊，計算該顯微結構之該極值部份的高度。
- 如請求項17之系統，其中該第一光束以一第一入射角照在該區域上；其中該第二光束以與該第一入射角不同的一第二入射角照在該區域上。
- 如請求項17之系統，其中該第一波長(w1)光線與該第二波長(w2)光線是在一光學頻率梳中產生或為一光學頻率梳之一部份。
- 如請求項17之系統，其中該處理器經配置成基於該極值部份之一預期位置，在該第一及第二波長相位資訊中檢測該第一及第二波長極值部份資訊。
- 如請求項17之系統，其中該處理器經配置成基於該極值部份之一預期高度來過濾第一及第二波長相位資訊像素。
- 如請求項17之系統，其中該處理器經配置成藉由平均該第一及第二波長極值部份資訊之像素來計算該顯微結構之該極值部份的高度。
- 如請求項17之系統，其中該處理器經配置成藉由於該第一及第二波長極值部份資訊的像素利用一空間濾波器來計算該顯微結構之該極值部份的高度。
- 如請求項17之系統，其中該處理器經配置成基於該第一及第二波長極值部份資訊的至少50個像素，計算該顯微結構之該極值部份的高度。
- 如請求項17之系統，其中該顯微結構更包含置設於該極值部份與該背景元件之間的一中間部份；其中由於用該等第一及第二光束照射該區域，以致於由該中間部份所反射的光線在該感測器的一視場外。
- 如請求項25之系統，其中關於該顯微結構的該第一及第二波長相位資訊包含有表示該中間部份有不顯著光線反射比之像素值的第一及第二波長中間資訊。
- 如請求項17之系統，其中該處理器經配置成基於表示該中間部份有不顯著光線反射比的像素值來檢測第一及第二波長中間資訊的像素；以及基於該第一及第二波長中間資訊的像素之位置來檢測該第一及第二波長極值資訊的像素位置。
- 如請求項17之系統，其中該顯微結構為一顯微凸塊。
- 如請求項17之系統，其中該顯微結構為有一顯微高度的一導體。
- 如請求項17之系統，其包含一平台，該平台經配置成在該感測器與該樣品之間引進一相對運動；其中該感測器經配置成檢測源於多個彼此不同之區域的第一及第二干涉圖樣；其中該處理器經配置成重覆產生關於該顯微結構的第一及第二波長相位資訊、可檢測第一及第二波長極值部份資訊、以及可計算位於不同區域的顯微結構之極值部份的高度。
- 如請求項17之系統，其中該感測器經配置成檢測至少一附加干涉圖樣；其中產生該至少一附加干涉圖樣係藉由用至少一附加光束照射該樣品之該區域，以及結合反射光線或透射光線與具有不同於該等第一及第二波長之至少一附加波長的至少一附加參考光束；其中該處理器經配置成進行下列步驟：因應第一、第二及至少一附加干涉圖樣，產生關於該顯微結構的第一、第二及至少一附加波長相位資訊；在該第一、第二及至少一附加波長相位資訊中檢測第一、第二及至少一附加波長極值部份資訊；以及基於該第一、第二及至少一附加極值部份資訊，計算該顯微結構之該極值部份的高度。
- 如請求項31之系統，其中該第一波長(w1)光線、該第二波長(w2)光線及該附加波長之光線在一光學頻率梳中產 生或為一光學頻率梳之一部份。
- 如請求項17之系統，其包含：至少一附加感測器，其係經配置成檢測至少一附加干涉圖樣；其中產生該至少一附加干涉圖樣係藉由用至少一附加光束照射該樣品之該區域，以及結合反射光線或透射光線與具有不同於該等第一及第二波長之至少一附加波長的至少一附加參考光束；其中該處理器經配置成進行下列步驟：因應第一、第二及至少一附加干涉圖樣，產生關於該顯微結構的第一、第二及至少一附加波長相位資訊；在該第一、第二及至少一附加波長相位資訊中檢測第一、第二及至少一附加波長極值部份資訊；以及基於該第一、第二及至少一附加極值部份資訊，計算該顯微結構之該極值部份的高度。
- 如請求項17之系統，其包含一感測器群，該感測器群包含有該感測器的至少一感測器，且經配置成檢測多個附加干涉圖樣；其中產生該至少一附加干涉圖樣係藉由用多個附加光束照射該樣品之該區域，以及結合反射光線或透射光線與有不同於該等第一及第二波長之多個附加波長的多個附加參考光束；其中該處理器經配置成進行下列步驟：因應第一、第二及多個附加干涉圖樣，產生關 於該顯微結構的第一、第二及多個附加波長相位資訊；在該第一、第二及多個附加波長相位資訊中檢測第一、第二及多個附加波長極值部份資訊；以及基於該第一、第二及多個附加極值部份資訊，計算該顯微結構之該極值部份的高度。
- 一種電腦程式產品，其包含儲存有用於測量一顯微結構之一極值部份與一背景元件間之一高度差(H)的指令的一非暫時性電腦可讀取媒體，該指令包含下列指令：用一感測器檢測靠近一感測器的第一及第二干涉圖樣；其中產生該等第一干涉圖樣係藉由用一第一光束照射一樣品之一區域，以及把有一第一波長(w1)之一第一參考光束與自該區域反射或者是穿經該區域且有該第一波長(w1)的光線導向該感測器；其中產生該等第二干涉圖樣係藉由用一第二光束照射該樣品之該區域，以及把有一第二波長(w2)之一第二參考光束與自該區域反射或者是穿經該區域且有該第二波長(w2)的光線導向該感測器；其中該第二波長(w2)不同於該第一波長(w1)；其中該區域包含該顯微結構之該極值部份；其中該高度差H小於一合成波長(ws)的一半，該合成波長(ws)係等於(w1 x w2)與w1及w2之差的比值；其中H大於w1及w2；因應該等第一及第二干涉圖樣，產生關於該顯微結構的第一及第二波長相位資訊； 在該第一及第二波長相位資訊中檢測第一及第二波長極值部份資訊；以及基於該第一及第二波長極值部份資訊，計算該顯微結構之該極值部份的高度；其中該顯微結構包含置設於該極值部份與該背景元件間的一中間部份；其中由於透過該等第一及第二光束照射該區域，以致自該中間部份反射的光線係在該感測器之一視場外；其中關於該顯微結構的該第一及第二波長相位資訊包含第一及第二波長中間資訊，該第一及第二波長中間資訊包含表示該中間部份有不顯著光線反射比之像素值；以及其中該指令更包含基於表示該中間部份有不顯著光線反射比的像素值來檢測該第一及第二波長中間資訊的像素；及基於該第一及第二波長中間資訊之像素的位置來檢測該第一及第二波長極值資訊之像素的位置。
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2011
- 2011-03-15 US US13/047,814 patent/US20110255097A1/en not_active Abandoned
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| Publication number | Publication date |
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| US20110255097A1 (en) | 2011-10-20 |
| TW201142237A (en) | 2011-12-01 |
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