一种形貌测量方法（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ），是以一宽频光源经分光镜分束后，分别照射待测物体表面与一参考面，由两个表面的反射光产生干涉，以一固定步幅，改变物体表面与分光镜的距离，产生一高度值对应于光强度的干涉图谱。接下来，扫描此干涉图谱，找出对应于最大光强度的第一干涉条纹。然后，于第一干涉条纹及其附近的干涉条纹中，使用干涉图谱对称性原则，找出对称性最佳的一第二干涉条纹。随后，在此第二干涉条纹上，利用相位补偿法，计算出第二干涉条纹的波峰所对应的零光程差处，即为待测物体表面的高度值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于一种形貌测量方法(Surface Profile Measuring Method)及其测量装置，尤其是一种透过使用宽频光源，以非接触的方式进行的形貌测量方法及其测量装置。
技术介绍
利用白光干涉(white light interferometry)的特性，以非接触方式对物体表面形貌进行测量的形貌测量装置，是广泛应用于对精密度有高度要求的产品，诸如半导体晶片、液晶显示器的玻璃面板等。请参照图1所示，是一典型非接触式形貌测量装置的示意图。如图中所示，此形貌测量装置具有一宽频光源10、一准直透镜(collimation lens)20、一45度分光镜(Splitter)30、一成像目镜40、一影像感测装置50、一干涉显微物镜组60、一扫描平台70与一计算机系统80。宽频光源10所提供的光线，透过准直透镜20形成平行光，投射至45度分光镜30。此平行光是受到45度分光镜30的反射，照射至干涉显微物镜组60。干涉显微物镜组60是位于扫描平台70的上方，并且，对准扫描平台70所承载的待测物体90的表面。此干涉显微物镜组60具有一显微物镜62、一反射镜64与一分光镜(beam splitter)66。其中，显微物镜62是位于反射镜64的上方，而反射镜64是位于分光镜66的上方。来自45度分光镜30的光线，透过显微物镜62，照射至分光镜66，而被分光镜66分成两道光线。其中一道光线是照射至反射镜64，而另一道光线则是照射至待测物体90表面。此二道光线分别经由反射镜64与待测物体90表面反射后，投射回分光镜66再度重合。值得注意的是，由于此二道光线行经距离的差异(即此二道光线的光程差(Optical Path Difference，OPD))，将在重合后的光线内产生干涉效果。而此光线再向上投射，经过显微物镜62与45度分光镜30，最后，透过成像目镜40聚焦于影像感测装置50。前述二道光线的光程差的大小，是受到干涉显微物镜组60与扫描平台70的距离的影响。因此，通过改变干涉显微物镜组60或是扫描平台70的垂直位置，即可改变光程差的大小，而使影像感测装置50接收到一系列具有不同光程差的干涉影像。透过计算机系统80分析，计算此一系列干涉影像中，各个像素位置在不同的干涉影像中的光强度，即可形成如图2的干涉图谱。此干涉图谱是一理想的干涉图谱，透过计算此干涉图谱中的波包的峰值，即可推导出零光程差的位置，以确认此像素位置所对应的高度。以同样的方式，计算其它像素位置所对应的高度，即可得到此待测物体90的表面形貌。基本上，计算干涉图谱的波形峰值的方法大致可分为两类一是相移法(phase shifting interferometry，PSI)，一是垂直扫描干涉法(verticalscanning interferometry，VSI)。相移法是利用干涉图谱的规律的频率相位变化，透过撷取相位信息、解相位与相位重建等步骤，计算干涉图谱实际上的峰值的位置，以计算出物体的表面形貌。值得注意的是，相移法是适用于表面平滑的待测物体，一旦待测物体表面有较大的高度差(所形成的干涉影像中，相邻二像素高度差大于光波长的四分之一)，相移法便无法正确求得物体的表面形貌。垂直扫描干涉法是利用干涉图谱对称于零光程差处，以及干涉图谱在零光程差处的光强度最大的特性，分析干涉图谱，找出零光程差的位置，并藉以计算物体的表面形貌。值得注意的是，垂直扫描干涉法虽然并不受到待测物体表面的高度差的限制，但是，在测量的精确度上，却不及相移法。以下系列举一些用以估算零光程差位置的技术。美国专利案第5633715号是使用质心法(Centroid Approach)，以干涉图谱的质心位置为零光程差的位置，藉以计算出待测表面的垂直高度。此方法虽然具有速度快的优点，但是，若是干涉图谱在波包处的干涉条纹不对称，则以质心法计算的质心位置，必然与零光程差的位置有明显的误差产生。此外，不可避免的，在以质心法计算质心位置的过程中，亦将干涉图谱内的噪声一并计算进去。因此，在系统噪声比较大或是干涉图谱的垂直扫描范围较大(通常是使用于表面高度的范围较大的待测物体)的情况下，此方法的量测误差将更形明显。美国专利案第5133601号的方法在形成干涉图谱的过程中，是以相位差为90度的扫描步幅进行垂直扫描，以获得干涉图谱。随后，再利用干涉图谱在零光程差处，其干涉条纹的光强度对比最大的特性，以干涉图谱上，连续三点或五点的光强度数据，求取其光强度对比，以寻找干涉条纹光强度对比最大处(亦即寻找零阶干涉条纹(central fringe))。接下来，再以相位补偿的方式，在此寻得的零阶干涉条纹上，精确求取零光程差的位置。基本上，此方法具有下列缺点一、条纹对比的计算量庞大，需要耗费相当多的时间；二、此方法对于噪声的抵抗能力不佳，一旦在零阶干涉条纹附近有明显的噪声，所求得光强度对比最大的干涉条纹偏离零阶干涉条纹，则后续计算所获得的零光程差位置，将与实际上的零光程差位置有360度相位差的整数倍的差异。美国专利案第5398113号的方法是利用傅利叶转换(Fourier analysis)等频域转换方式，将垂直扫描所获得的干涉信息转移至频率域(frequencydomain)做一系列处理，再搭配最小平方逼近法(least square fitting)推算零光程差位置。值得注意的是，此方法虽然可以精确计算出待测物体的表面形貌，但是，频域转换与最小平方逼近法所产生的资料量却非常庞大，而需要耗费相当多的时间。如前所述，公知方法在估算零光程差的过程，或是无法有效排除噪声的影响，而容易产生误差，或是在计算过程中产生庞大的资料量，而耗费大量的时间，而无法同时兼顾量测的精确度与运算的速度。
技术实现思路
本专利技术的目的，是提供一种形貌量测方法，可以有效降低干涉图谱内的噪声的影响。本专利技术的另一目的，是提供一种形貌量测方法，在顾及量测精确度的前提，同时顾及运算速度的需求。本专利技术所提供的形貌测量方法(surface profile measuring method)，是用以准确且快速地在干涉图谱中，确认零光程差的位置。首先，扫描此干涉图谱，找出对应于最大光强度的第一干涉条纹。然后，于第一干涉条纹及其附近的干涉条纹中，找出一第二干涉条纹，使干涉图谱相对于此第二干涉条纹具有最佳对称性。随后，在此第二干涉条纹上，利用相位补偿法，找出第二干涉条纹的波峰所对应的高度值。依据前述的形貌量测方法，本专利技术一并提供一种形貌测量装置。此形貌测量装置具有一宽频光源、一分光镜、一位移模块、一影像感测模块、一取样模块、一图谱扫描模块、一对称性判断模块与一计算模块。其中，宽频光源是产生一宽频光。分光镜是将此宽频光分束，分别照射至待测物体表面与一参考面。位移模块是可以一定的步幅，改变待测物体表面与分光镜之间隔距离。影像感测模块是用以收集宽频光经待测物体表面与参考面反射而形成的干涉影像。并且，经此影像感测模块所获取的干涉影像中的各个像素，是分别对应于待测物体表面的各个特定位置。取样模块是用以获取前述各个像素的强度值。并且，随着位移模块改变待测物体表面与分光镜之间隔距离，取样模块是对待测物体表面的各个特定位置，分别形成一高度值对应于影像强度的干涉图谱。图谱扫本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种形貌测量方法，以一宽频光源经一分光镜分束后，分别照射一物体表面与一参考面，并以一定步幅，改变该物体表面与该分光镜的距离，以产生一高度值对应于光强度的干涉图谱，该形貌测量方法至少包括下列步骤：扫描该干涉图谱，找出对应于最大光强度的第一资料点；于该第一资料点及其周边一定范围内的资料点中，找出一第二资料点，使该干涉图谱相对于该第二资料点具有最佳对称性；以及依据该第二资料点及其邻近的资料点，找出该第二资料点所座落的干涉条纹的波峰，于该干涉图谱上所对应的高度值。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张宏彰，林耀明，
申请(专利权)人：致茂电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。