專利名稱：整合型干涉掃描方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種整合型干涉掃描方法，尤指整合VSI、PSI測量干涉掃描方法。
背景技術(shù)：
公知的干涉技術(shù)應(yīng)用光程差與干涉原理，是透過產(chǎn)生干涉圖譜來求出被測物體的表面形貌，通常這類技術(shù)就算法而言可分為垂直掃描技術(shù)(VerticalScanning Interferometry，VSI)與相移式干涉技術(shù)(Phase Shifting Interferometry，PSI)兩類。
在VSI掃描技術(shù)中，其是利用白光具有低同調(diào)長度的優(yōu)點，去除干涉的噪聲，并借由干涉波包分布情形推算出三維形貌，VSI算法的測量范圍并無限制，可測量具有大斷差階高的待測物，但是若要提升垂直方向分辨率，必須縮小垂直掃描步幅，但相對的也會花費較多時間，另外測量精度較差是其主要缺點，綜觀而言VSI適合不要求精度的測量環(huán)境、或是表面粗糙具大斷差的被測物測量。另外，在PSI掃描技術(shù)中，其是搭配各種相位重建技術(shù)，可以還原三維形貌，與VSI比較之下，PSI具有較佳的精度，但測量光波長限制縱深測量范圍，且受到2π模糊(ambiguity)的限制，故不適合測量具有大于λ/4斷差的被測物，例如具有大階高的被測物體，針對這一點，目前已有發(fā)展出雙波長光相移干涉術(shù)，可以擴大階高的測量范圍，但由于當(dāng)同調(diào)長度較高時，容易自我干涉造成噪聲增多，是目前不容易解決的難題。
為了更好地利用VSI和PSI測量的優(yōu)點并彌補各自的缺點，已有如美國第5471303號專利所提供的整合測量方法。
由于VSI的零光程差是垂直掃描的波包信息來計算，每個像素都是獨立的，不會受其它像素的影響，但PSI則是由與相鄰像素的相位變化來計算該點的高度。對PSI測量而言，若使用寬頻光作為光源，因光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑(NA)影響實際干涉圖譜中干涉條紋的間距(即平均波長)，由干涉條紋間距算出的平均波長與實際平均波長會產(chǎn)生偏移，造成VSI與PSI高度信息結(jié)合時，高度無法直接接合(有落差(截距)及傾斜度(斜率-NA值的影響)不一致)。因此，在美國第5471303號專利中為了要精確以PSI測量，是需要使用一已知波長的單頻光，才不致造成此一偏移。所以，在此公知掃描系統(tǒng)，除了VSI測量所使用寬頻光源，還另外需要裝置PSI測量所使用的窄頻光源。
然而，公知技術(shù)中具有同時使用寬頻光源與窄頻光源的系統(tǒng)架構(gòu)，其是先以白光光源進行VSI測量后，再使用機構(gòu)切換窄頻光，針對所需區(qū)域進行PSI測量，而達(dá)到二階段形式的測量方法。這類的技術(shù)主要會因為使用二個光源分別進行VSI與PSI測量，而需要一機構(gòu)切換光源，因而增加了系統(tǒng)成本。同時，由于其是屬二階段掃描，而在VSI與PSI中皆需進行垂直掃描取像動作，故不利于測量效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人有鑒于公知干涉測量系統(tǒng)的缺失，急切研究發(fā)明，而提供一干涉系統(tǒng)的掃描方法，并借以使得干涉系統(tǒng)的測量過程能更為快速、簡易且正確。
本發(fā)明的主要目的在提供一種整合型干涉掃描方法，借助VSI測量和PSI測量之間的斜率校正因子、位移校正因子，對VSI、PSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組進行整合計算，使得本發(fā)明干涉掃描系統(tǒng)可僅使用寬頻光源即可完成所需的掃描程序。換句話說，本發(fā)明是利用斜率校正因子校正遠(yuǎn)場波長偏移，使得不需為了PSI測量額外增設(shè)窄頻光源，進而降低掃描系統(tǒng)的復(fù)雜度與誤差。
基于上述目的，本發(fā)明的整合型干涉掃描方法，是整合水平掃描測量(vertical scanning interferometry，VSI)、相位移測量(phase shifting interferometry，PSI)所測量出的高度數(shù)據(jù)數(shù)組。
具體而言，本發(fā)明整合型干涉掃描方法首先借助寬頻光源的干涉掃描系統(tǒng)對待測物進行掃描，并獲得掃描信息。然后，基于掃描信息以VSI測量出VSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組。針對零光程差的位置，基于掃描信息改以PSI測量出PSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組?；赩SI測量和PSI測量之間的斜率校正因子、位移校正因子，對VSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組、PSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組進行整合計算。
關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以借由以下的發(fā)明詳述及附圖得到進一步的了解。


圖1是顯示本發(fā)明干涉掃描系統(tǒng)的示意圖。
圖2A～2B為本發(fā)明整合VSI、PSI測量的方法的示意圖。
圖中1光源裝置，11入射光束，2物鏡組，3光束導(dǎo)引裝置，4影像擷取裝置，41反射光束，5邏輯演算控制單元，6待測物具體實施方式
圖1是顯示本發(fā)明干涉掃描系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，本發(fā)明干涉掃描系統(tǒng)包括光源裝置1、物鏡組2、光束導(dǎo)引裝置3、影像擷取裝置4以及邏輯演算控制單元5。
簡略而言，本發(fā)明整合型干涉掃描方法主要是利用單一且屬于白光光源(寬頻光源)對待測物6進行掃描，降低掃描系統(tǒng)的復(fù)雜度與誤差。為了僅使用單一且屬于白光光源(寬頻光源)進行掃描，本發(fā)明方法在VSI、PSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組進行整合計算時，可因為VSI測量和PSI測量之間的斜率校正因子、位移校正因子，尤其是斜率校正因子校正遠(yuǎn)場波長偏移，而能達(dá)到與美國第5471303號專利相同甚至更好的優(yōu)點，亦即整合VSI、PSI測量各自的優(yōu)點，而達(dá)到?jīng)]有測量范圍限制以及高精確度的特點，并且本發(fā)明方法尚可降低掃描系統(tǒng)的復(fù)雜度與誤差。
與美國第5471303號專利相比，本發(fā)明方法同樣也利用VSI在大范圍測量且能測量大斷差的特點，先對待測物6做粗略性測量，并在選定零光程差的位置處，另利用PSI高精確度的特點，對需要仔細(xì)測量的部分做進一步測量。因此關(guān)于PSI、VSI測量以及雷同的部分，在此不過分詳細(xì)說明，本發(fā)明主要針對與美國第5471303號專利不同之處做詳細(xì)說明。
以下先說明本發(fā)明兩種整合VSI、PSI測量的方法做說明，然后再說明如何借助斜率校正因子、位移校正因子整合VSI、PSI測量的結(jié)果，最后才大略說明如圖1所示的本發(fā)明干涉掃描系統(tǒng)。
本發(fā)明兩種整合VSI、PSI測量的方法，主要是依據(jù)待測物6的高度分布而選用其中一種整合方法。其中一種為90度相位移掃描，另一種為二階段式掃描。
請參閱圖2A～2B，圖2A～2B為本發(fā)明整合VSI、PSI測量的方法的示意圖。如圖2A所示的本發(fā)明90度相位移掃描，主要是對小范圍高度分布的待測物6進行的。由于掃描范圍較小，可以如圖2A所示借助寬頻光源的干涉掃描系統(tǒng)對待測物6一次性地進行掃描，然后借助所獲得的掃描信息分別進行VSI、PSI測量，而如圖2B所示的本發(fā)明二階段式掃描則適合用于大范圍高度分布的待測物6。
這是因為，若待測物6為高度數(shù)十μm的階高或Bump時，若采用如圖2A所示的本發(fā)明90度相位移掃描，整個掃描時間將會很長，因此對大范圍高度分布的待測物6，用如圖2B所示的本發(fā)明二階段式掃描，就可以較快完成掃描。
在如圖2A所示的本發(fā)明90度相位移掃描中，會先借助寬頻光源的干涉掃描系統(tǒng)(采如90度相位的掃描間距)對待測物6進行一次性掃描，其所獲得掃描信息將供后續(xù)VSI、PSI測量所使用。然后，基于掃描信息以VSI測量出VSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組(VSI(i，j))，接著針對如圖2A所示的零光程差(optical pathdifference，OPD)的位置，基于掃描信息改以PSI測量出PSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組(PSI((i，j))。最后，基于VSI測量和PSI測量之間的斜率校正因子(NA factor)、位移校正因子(Base Height)，對VSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組、PSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組進行整合計算(稍后會詳細(xì)說明如何整合計算)。
在如圖2B所示的本發(fā)明二階段式掃描，主要分別以第一掃描間距、第二掃描間距(第一掃描間距大于第二掃描間距，第二掃描間距一般也為90度)進行兩次性掃描，并分別獲得兩個掃描信息(第一掃描信息、第二掃描信息)，然后再進行整合計算。
具體而言，同樣借助寬頻光源的干涉掃描系統(tǒng)以第一掃描間距對待測物6進行掃描，并獲得第一掃描信息，然后基于第一掃描信息以VSI測量出VSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組(VSI(i，j))。然后，針對零光程差的位置，再次借助寬頻光源的干涉掃描系統(tǒng)以第二掃描間距對待測物6進行掃描，并獲得第二掃描信息，并基于第二掃描信息改以PSI測量出PSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組((PSI(i，j))。最后，仍基于VSI測量和PSI測量之間的斜率校正因子、位移校正因子，對VSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組、PSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組進行整合計算。
不論是利用如圖2A所示的本發(fā)明90度相位移掃描或是如圖2B所示的本發(fā)明二階段式掃描獲得上述VSI、PSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組，本發(fā)明整合型干涉掃描方法如同美國第5471303號專利一樣都需要因為VSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組(VSI(i，j))、PSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組((PSI(i，j))在測量的基準(zhǔn)點不相同，而需要考慮接合校正。在本發(fā)明方法中，接合校正主要分為斜率和位移，亦即基于VSI測量和PSI測量之間的斜率校正因子(NA factor)、位移校正因子(Base Height)進行校正。
由于PSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組中其品質(zhì)最好的像素點為PSI基準(zhǔn)點(seedingpoint)，而對待測物進行掃描的起點為VSI基準(zhǔn)點。因此，VSI基準(zhǔn)點VSI(Xseeding point，Yseeding point)和PSI基準(zhǔn)點PSI(Xseeding point，Yseeding point)的高度落差為位移校正因子(Base Height)。關(guān)于位移校正因子的求法可參閱美國第5471303號專利。
為了克服公知采用寬頻光源進行PSI測量所會遇到的遠(yuǎn)場波長偏移，在本發(fā)明方法中主要利用斜率校正因子校正遠(yuǎn)場波長偏移，而不需為了PSI測量額外增設(shè)窄頻光源，進而降低掃描系統(tǒng)的復(fù)雜度與誤差。斜率校正因子(NAfactor)的計算方程式為NA factor＝Slope(VSI(i，j))/Slope(PSI(i，j))；也就是說，基于VSI、PSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組，以直線方程式模合系數(shù)分別求出VSI、PSI的斜率{Slope(VSI(i，j))、Slope(PSI(i，j))}。然后再以VSI的斜率除以PSI的斜率而獲得斜率校正因子。
再獲得上述斜率校正因子(NA factor)、位移校正因子(Base Height)之后，就可以利用這兩個因子將PSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組轉(zhuǎn)變成VSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組做整合計算。其整合方程式為
if(Height(i，j)是PSI選取區(qū)域)Height(i，j)＝PSI(i，j)x NA factor+Base HeightelseHeight(i，j)＝VSI(i，j)也就是說，PSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組乘以斜率校正因子并加上位移校正因子之后，PSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組始可和VSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組做整合計算。
如圖1所示，本發(fā)明干涉掃描系統(tǒng)與美國第5471303號專利相比，本發(fā)明干涉掃描系統(tǒng)所使用的光源裝置1僅有寬頻光源一組，且由于不需要在兩個光源之間作切換，因此本發(fā)明干涉掃描系統(tǒng)也沒有切換的機構(gòu)與控制需求。
光源裝置1是產(chǎn)生的入射光束11光源信號的裝置，并可產(chǎn)生白光光源信號的入射光束11；該物鏡組2是包括有干涉物鏡以及物鏡組的焦距調(diào)節(jié)部；該光束導(dǎo)引裝置3是一光學(xué)機構(gòu)，用以導(dǎo)引系統(tǒng)中的光源信號，舉例來說，這類光學(xué)機構(gòu)可以是一分光鏡；該影像擷取裝置4是一具有影像擷取部的光學(xué)裝置，舉例來說，這類光學(xué)裝置可以是一CCD或CMOS光學(xué)感測組件及其相關(guān)的控制以及信號傳輸電氣線路；以及該邏輯演算控制單元5是具有邏輯演算部、記憶部以及控制部并可由電子電路或者是計算機系統(tǒng)所達(dá)成者，其邏輯演算部包括垂直掃描(Vertical Scanning Interferometry，VSI)演算以及相移式干涉(Phase Shifting Interferometry，PSI)演算。透過前述的該光源裝置1提供一入射光束11經(jīng)過光束導(dǎo)引裝置3而反射至該物鏡組2，使得入射光束11抵達(dá)待測物6并反射形成攜帶干涉信號的反射光束41，反射光束41經(jīng)過該物鏡組2后穿透過光束導(dǎo)引裝置3，并被影像擷取裝置4所擷取。因此，該邏輯演算控制單元5可透過其控制部以及記憶部，進行記錄該影像擷取裝置4所擷取的待測物6光學(xué)信息，使得本發(fā)明干涉系統(tǒng)的掃描方法可透過該邏輯演算控制單元5所具有的邏輯演算部，計算影像擷取裝置4所擷取的光學(xué)信息，并獲得待測物6的表面輪廓信息。
借由以上較佳具體實施例的詳述，是希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征與精神，而并非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發(fā)明的范疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發(fā)明所欲申請的專利范圍的范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種整合型干涉掃描方法，是整合水平掃描測量、相位移測量所測量出的高度數(shù)據(jù)數(shù)組，該高度數(shù)據(jù)數(shù)組可用來計算出待測物的表面輪廓，該整合型干涉掃描方法包含借助寬頻光源的干涉掃描系統(tǒng)對該待測物進行掃描，并獲得掃描信息；基于該掃描信息以VSI測量出VSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組；針對零光程差的位置，基于該掃描信息改以PSI測量出PSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組；以及基于VSI測量和PSI測量之間的斜率校正因子、位移校正因子，對VSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組、PSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組進行整合計算。
2.如權(quán)利要求1所述的整合型干涉掃描方法，其中該干涉掃描系統(tǒng)主要由該寬頻光源、物鏡組、光束導(dǎo)引裝置、影像擷取裝置、邏輯演算控制單元所組成。
3.如權(quán)利要求1所述的整合型干涉掃描方法，其中該斜率校正因子的計算方式進一步包含基于VSI、PSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組，以直線方程式模合系數(shù)分別求出VSI、PSI的斜率；以及以VSI的斜率除以PSI的斜率而獲得該斜率校正因子。
4.如權(quán)利要求1所述的整合型干涉掃描方法，其中PSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組中其相位品質(zhì)最好的像素點為PSI基準(zhǔn)點，對該待測物進行掃描的起點為VSI基準(zhǔn)點，該位移校正因子的計算方式進一步包含該VSI基準(zhǔn)點和該PSI基準(zhǔn)點的高度落差為該位移校正因子。
5.如權(quán)利要求1所述的整合型干涉掃描方法，其中對VSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組、PSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組進行整合計算，進一步包含PSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組乘以該斜率校正因子并加上位移校正因子之后，PSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組方可和VSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組做整合計算。
6.一種整合型干涉掃描方法，是整合水平掃描測量、相位移測量所測量出的高度數(shù)據(jù)數(shù)組，該高度數(shù)據(jù)數(shù)組可用來計算出待測物的表面輪廓，該整合型干涉掃描方法包含借著寬頻光源的干涉掃描系統(tǒng)以第一掃描間距對該待測物進行掃描，并獲得第一掃描信息；基于該第一掃描信息以VSI測量出VSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組；針對零光程差的位置，借助寬頻光源的干涉掃描系統(tǒng)以第二掃描間距對該待測物進行掃描，并獲得第二掃描信息；針對零光程差的位置，基于該第二掃描信息改以PSI測量出PSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組；以及基于VSI測量和PSI測量之間的斜率校正因子、位移校正因子，對VSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組、PSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組進行整合計算；其中，該第一掃描間距大于該第二掃描間距。
7.如權(quán)利要求5所述的整合型干涉掃描方法，其中該干涉掃描系統(tǒng)主要由該寬頻光源、物鏡組、光束導(dǎo)引裝置、影像擷取裝置、邏輯演算控制單元所組成。
8.如權(quán)利要求5所述的整合型干涉掃描方法，其中該斜率校正因子的計算方式進一步包含基于VSI、PSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組，以直線方程式模合系數(shù)分別求出VSI、PSI的斜率；以及以VSI的斜率除以PSI的斜率而獲得該斜率校正因子。
9.如權(quán)利要求5所述的整合型干涉掃描方法，其中PSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組中其相位品質(zhì)最好的像素點為PSI基準(zhǔn)點，對該待測物進行掃描的起點為VSI基準(zhǔn)點，該位移校正因子的計算方式進一步包含該VSI基準(zhǔn)點和該PSI基準(zhǔn)點的高度落差為該位移校正因子。
10.如權(quán)利要求5所述的整合型干涉掃描方法，其中對VSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組、PSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組進行整合計算，進一步包含PSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組乘以該斜率校正因子并加上位移校正因子之后，PSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組方可和VSI的該高度數(shù)據(jù)數(shù)組做整合計算。
全文摘要
本發(fā)明整合型干涉掃描方法主要是整合VSI、PSI測量各自的優(yōu)點，而達(dá)到?jīng)]有測量范圍限制以及高精確度的特點。尤其是基于VSI測量和PSI測量之間的斜率校正因子、位移校正因子，對VSI、PSI的高度數(shù)據(jù)數(shù)組進行整合計算，干涉掃描系統(tǒng)可僅使用寬頻光源即可完成所需的掃描程序，進而降低掃描系統(tǒng)的復(fù)雜度與誤差。
文檔編號G01B11/24GK1963376SQ20051011562
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月8日
發(fā)明者林耀明, 張維哲, 張宏彰, 廖界程 申請人:致茂電子股份有限公司