一种待测物表面轮廓分析方法技术

本发明专利技术一种待测物表面轮廓分析方法，是关于一种通过由分析干涉强度而获得待测物表面轮廓的方法，并运用一分光干涉仪，结合宽频光源（白光）进行待测物表面轮廓的分析。本发明专利技术的分析方法是结合峰值位置检测分析法与相位分析法以描绘出待测物的表面轮廓，并具有高量测解析度。此外，本发明专利技术的分析方法仅需一笔干涉强度资料即可分析出待测物的相位与轮廓信息，并不像现有量测技术必须切换不同干涉量测模式，即相移干涉术模式和垂直扫描干涉术模式，才可取得待测物的相位与轮廓信息。因此，本发明专利技术的分析方法可进一步缩短量测所需的时间，而运用于线上产品品质检测的场合中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于，尤指一种结合白光垂直扫描干涉条纹分析与相位分析的优点并可迅速且精确地量测待测物表面轮廓的分析方法。
技术介绍
目前产业界对于经由量测待测物表面轮廓的方法而检测产品品质的需求日渐增加，例如晶圆表面粗糙度和平坦度的检测、覆晶制程中金球凸块尺寸和共平面度的量测、彩色滤光片之间隔柱尺寸和高度的量测、光纤端面及微光学元件表面的量测等，所应用的范围几乎涵盖所有的高科技产业(半导体业、封装测试业、平面显示器业及光通讯业)。所以，一种可以快速且精确地检测产品的检测方法对于厂商降低产品的生产成本及提升产品的生产效率非常重要。因此，业界无不投入资源努力研究，希望能改进产品检测方法及装置。目前一般量测待测物的表面轮廓的技术主要为白光(宽频光)垂直扫描干涉分析法，其是运用白光(宽频光)的同调长度短的特性，精确地量测待测物的表面轮廓。在量测进行时，一分光干涉仪利用一分合光元件将量测光分为两道，其一为入射至一待测物表面并被此表面反射的量测光，而另一则为入射至一参考镜面并被此参考镜面反射的参考光，前述被反射的量测光及参考光并被此分合光元件合成为一合成光并产生干涉条纹。随后，利用一位移器调变前述量测光与参考光之间所具的光程差，造成宽频光干涉条纹分布的变化。最后，经由记录产生最大干涉条纹对比时位移器的垂直位置，分析出待测物的表面轮廓。如图1所示，美国专利第5,471,303号揭露一种结合白光垂直扫描干涉术(VS1)与单波长相移干涉术(PSI)而量测待测物的表面轮廓的装置及量测方法。此专利的量测方法是分别将一经由白光垂直扫描干涉术量测并分析所得的整数干涉阶数值与另一经由单波长相移干涉术量测且分析所得的小数干涉阶数值整合在一起，进而在维持单波长相移量测的解析度的条件下，分析出待测物的表面轮廓。但是，由于此专利的量测方法在量测时需要依序切换宽频光源112与单波长光源111做为量测光源，才能进行上述两种不同量测模式的量测，导致此专利的量测装置的架构复杂。此外，此专利的量测方法必须依序完成上述两种量测后才能描绘出待测物14的表面轮廓，所需的量测时间极长。因此，美国专利第5,471,303号所揭露的量测方法及装置，不仅装置架构复杂，且无法应用于需要迅速量测的线上产品检测场合。此外，美国专利案第6,028,670号揭露了另一种结合白光垂直扫描干涉术(VSI)与单波长相移干涉术(PS1)而运算出待测物的表面轮廓的演算法。此专利的演算法是运用如图2所示的装置，其中宽频光源21提供一宽频光，此宽频光均匀入射于一分光镜22。分光镜22将入射的宽频光反射至分合光元件26，并被分合光元件26分为两道光束，量测光及参考光。量测光入射至待测物24的表面并被此表面反射，参考光入射至参考镜面25并被此参考镜面反射。前述被反射的量测光及参考光经由分合光元件26合光后，形成一具有干涉条纹的宽频合成光并入射于检测器27。最后，经由位移器23调变量测光及参考光之间所具的光程差，造成合成光的干涉条纹的变化，而此变化由检测器27检测并送至电脑28进行处理。接着，此专利(美国专利案第6,028,670号)的演算法是先利用白光干涉同调函数峰值位置检测法(peak sensing analysis)，找出对应于检测器的不同像素位置的峰值位置(检测器的不同像素位置是对应于待测物表面的不同位置)，并据此计算出一整数干涉阶数值。接着，经由加总平均所有对应于检测器像素的峰值位置并检索出位于平均峰值位置前后几笔的干涉强度资料进行一相移干涉分析，便计算出一小数干涉阶数值。最后，经由整合上述所得的整数干涉阶数值与小数干涉阶数值，便可在等同于单波长相移量测的解析度下，分析出待测物的表面轮廓。虽然此专利的演算法并不像前述美国专利第5,471,303号的量测方法需要切换其量测光源硬体架构才可进行待测物的表面轮廓的运算，但是此专利的演算法必须先利用白光干涉同调函数峰值位置检测法找出一整数干涉阶数值，再利用位于加总平均所得的平均峰值位置附近的数笔干涉强度资料进行相位分析，才能计算出一小数干涉阶数值，因此此专利的演算法需要许多笔干涉强度资料才可进行分析。此外，扫描得到前述各笔干涉强度资料时的扫描间距又必须小于白光的平均中心波长。因此，运用此专利(美国专利案第6,028,670号)演算法的待测物表面轮廓量测需要极长的扫描时间及运算时间，并无法运用于前述的产品线上量测的场合中。如上所述，上述的两种待测物的表面轮廓的量测技术及演算法，皆需要较长的量测时间及较繁复的运算步骤，并无法应用于需要快速量测的线上产品检测场合中。因此，产业界及需一种可迅速量测待测物的表面轮廓且具有极佳解析度的量测方式及分析方法。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是在提供，以便能在不需要切换扫描装置硬体架构的情况下，即可迅速地计算出对应于待测物的表面轮廓的一整数干涉相位阶数及一小数干涉相位阶数，并可精确地描绘出待测物的表面轮廓，有效地简化量测装置的复杂度及缩短量测所需的时间。本专利技术的另一目的是在提，以便能在维持单波长相位量测解析度佳的优点的情况下，仅运用一笔干涉强度资料即可运算出待测物的表面轮廓，有效地减化量测所需的运算程序并缩短量测所需的时间。为达成上述目的，本专利技术的运算法，是配合一分光干涉仪装置量测一待测物的表面轮廓，包括下列步骤(A)检索一经过一分光干涉仪的宽频光的干涉条纹，其中此宽频光包括至少一特定波长的光波，并由一宽频光源提供；(B)检测此宽频光的干涉条纹分布的变化，并记录于一干涉强度资料库中；(C)针对至少一特定波长，同时对此干涉强度资料中的资料进行一垂直扫描干涉分析演算及一相位分析演算，分别取得对应于待测物表面轮廓的一整数干涉阶数值及一小数干涉阶数值；以及(D)结合此整数干涉阶数值与此小数干涉阶数值，对至少一特定波长进行相位-物理尺度计算，取得待测物的表面轮廓。需注意的是，运用本专利技术的待测物表面轮廓分析方法量测仅需使用具有单一宽频光源的分光干涉仪，而不必使用同时具有宽频光源及单波长光源的分光干涉仪。此外，本专利技术的待测物表面轮廓分析方法可从一笔宽频光源(白光)垂直扫描干涉量测的资料中，同时计算出对应于待测物表面轮廓的整数干涉阶数值与小数干涉阶数值，且其解析度与传统的单波长相移量测的解析度相同。最后，本专利技术的待测物表面轮廓分析方法并不需找出最大干涉对比的纵向扫描位置，即可执行相移干涉分析而计算出小数干涉阶数值。所以，本专利技术的待测物表面轮廓分析方法除了具有不须使用单波长光源便可进行运算的优点以外，更具有可减少量测所需的运算次数及简化量测架构的优点，并可运用于需要迅速精确量测的线上产品检测的场合中。此外，本专利技术的待测物表面轮廓分析方法与前述美国专利第5,471,303号的量测方法之间差异在于本专利技术的待测物表面轮廓分析方法可直接对一笔干涉强度资料进行分析，并同时计算出对应于待测物的表面轮廓的一整数干涉阶数值与一小数干涉阶数值，而不像美国专利第5,471,303号的量测方法必需切换不同的量测光源架构，依序进行白光垂直扫描干涉术(VS1)与单波长相移干涉术(PS1)两种不同模式的量测，才能而得出对应于待测物的表面轮廓的一整数干涉阶数值与一小数干涉阶数值。因此，运用本专利技术的待测物表面轮廓分析方法，不仅可以简化待测物的表面轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种待测物表面轮廓分析方法，是配合一分光干涉仪量测一待测物的表面轮廓，其特征在于包括下列步骤：（Ａ）检索一经过该分光干涉仪的宽频光的干涉条纹，其中该宽频光包括至少一特定波长的光波，并由一宽频光源提供；（Ｂ）检测该宽频光的干涉 条纹分布的变化，并记录于一干涉强度资料库中；（Ｃ）针对该至少一特定波长，同时对该干涉强度资料库中的资料进行一垂直扫描干涉分析及一相位分析，分别取得对应于该待测物的表面轮廓的一整数干涉阶数值及一小数干涉阶数值；以及（Ｄ）结合该 整数干涉阶数值与该小数干涉阶数值，对该至少一特定波长进行相位－物理尺度计算，取得该待测物的表面轮廓。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许华珍，童启弘，高清芬，张中柱，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]