混合式3D检验系统技术方案

本发明专利技术公开一种光学检验设备，其包含经配置以将相干光束引导向受检验区域且产生所述区域的干涉条纹的第一图像的干涉仪模块。所述设备还包含经配置以将结构化光的图案投影到所述区域上的三角测量模块及经配置以捕捉干涉条纹的所述第一图像及从所述区域反射的所述图案的第二图像的至少一个图像传感器。光束组合器光学器件经配置以引导所述相干光束及所述投影图案射到所述区域上的相同位置。处理器经配置以处理所述第一图像及所述第二图像以产生所述区域的3D图。以产生所述区域的3D图。以产生所述区域的3D图。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合式3D检验系统
[0001]相关申请案的交叉引用
[0002]本申请案主张2019年10月6日申请的第62/911,279号美国临时专利申请案的优先权，所述申请案以引用的方式并入本文中。


[0003]本专利技术大体上涉及光学装置，且特定来说，本专利技术涉及检验及计量系统。

技术介绍

[0004]在例如印刷电路板、显示面板及集成电路的工件的生产工艺中，通常由经配置以测量电路板的特征的三维(3D)构形的检验系统检验工件。可使用适合光学系统实现各种测量方法。这些方法中的两者是三角测量法及干涉法。
[0005]如本描述及权利要求书中所使用，术语“光学”、“光”及“照明”大体上是指任何及所有可见、红外及紫外辐射。
[0006]一些三角测量法将光的图案(例如照明的平行线(条纹)的图案)投影到受检验区域上。通过观察从受检验区域镜面反射或漫反射的投影图案的二维(2D)图像，响应于区域的局部构形变动而看见图案的局部移位。此种方法的实例是相移法，其可使用静态投影条纹及跨区域扫描的条纹(扫描相移法(scanning phase
‑
shift method；SPSM))实施。在SPSM中，投影条纹具有周期性强度图案。当使用正弦变化条纹时，投影条纹图案在横向于条纹的方向上以连续步长移位，其中典型步长大小是条纹周期的1/4。替代地，可使用其它周期性图案。例如，跨条纹梯形变动的条纹能够以每周期两个步长但以较低准确度提取高度信息。正弦条纹与跨条纹周期的多个步长的组合能够以0.5微米的准确度测量从局部条纹移位测量的区域的构形。
[0007]三角测量法能够测量数十或数百微米的构形变动，具有明确测量结果，但其一般无法达到干涉法的分辨率，如下文将描述。
[0008]干涉法使用相干光射到受检验区域，引导从受检验区域反射的光干涉照明的未受干扰部分(所谓的参考光束)，且从干涉图案推断3D构形。干涉法可为静态或动态的。在静态法中，获得干涉图案且比较其与参考图案。静态干涉法的实例是第2017/0003650号美国公开专利申请案中所描述的数位全息法。在动态法中，动态改变从区域反射的光与参考光束之间的相对相位以导致多个干涉图案，且比较这些图案与固定参考时间的图案。干涉法能够实现低于50nm的垂直分辨率。然而，归因于形成相干照明的光波的循环重复，测量结果也以λ/2的周期(针对反射光)循环重复，其中λ表示照明的波长。因此，结果在所谓的模糊度范围Δh外是模糊的。针对单波长操作，Δh＝λ/2。可通过采用具有不同波长λ1及λ2的两个激光来进一步拓宽干涉法的模糊度范围。在此情况中，模糊度范围将为Δh＝(λ1×
λ2)/(λ2‑
λ1)。因此，可取决于波长而实现5μm到15μm之间的模糊度范围。

技术实现思路

[0009]下文将描述的本专利技术的实施例提供用于检验的改进光学检验系统及方法。
[0010]因此，根据本专利技术的实施例，提供一种光学检验设备，其包含干涉仪模块，所述干涉仪模块经配置以将相干光束引导向受检验区域、接收从所述区域反射的所述光束及产生通过组合所述反射光束与参考光束所产生的干涉条纹的第一图像。所述设备进一步包含：三角测量模块，其包含经配置以将结构化光的图案投影到所述受检验区域上的投影仪；及至少一个图像传感器，其经配置以捕捉所述干涉条纹的所述第一图像及从所述受检验区域反射的所述图案的第二图像。光束组合器光学器件经配置以引导所述相干光束沿第一光轴以第一入射角射到所述受检验区域上的位置且引导所述投影图案沿第二光轴以不同于所述第一入射角的第二入射角射到所述位置。处理器经配置以处理所述第一图像及所述第二图像以提取所述受检验区域的相应第一三维(3D)测量及第二3D测量且组合所述第一3D测量与所述第二3D测量以产生所述区域的3D图。
[0011]在公开实施例中，所述设备包含经配置以跨所述受检验区域平移所述第一光轴及所述第二光轴的扫描机构。
[0012]在实施例中，所述第一3D测量以第一分辨率及第一模糊度范围为特征，而所述第二3D测量以比所述第一分辨率粗糙的第二分辨率及比所述第一模糊度范围大的第二模糊度范围为特征，且所述处理器经配置以组合所述第一3D测量与所述第二3D测量，使得所述3D图在所述第二模糊度范围内以所述第一分辨率表示所述区域。
[0013]在另一实施例中，所述第一入射角垂直于所述受检验区域的表面，而所述第二入射角是倾斜的。
[0014]在另一实施例中，所述设备还包含经配置以将所述相干光束及所述投影图案两者引导到所述位置上的物镜，其中所述物镜的数值孔径包含服务所述干涉仪模块的中心部分及服务所述三角测量模块的外围部分。
[0015]在又一实施例中，所述至少一个图像传感器包含经定位以捕捉所述第一图像的第一图像传感器及经定位以捕捉所述第二图像的第二图像传感器，且所述光束组合器光学器件进一步经配置以沿对应于所述第二入射角的倾斜出射角将从所述受检验区域反射的所述图案引导向所述第二图像传感器。
[0016]在公开实施例中，所述三角测量模块经配置以按不同相应角度引导来自所述受检验区域的两个光束以在所述至少一个图像传感器上形成所述图案的相应图像，且所述处理器经配置以一起处理所述相应图像以产生所述3D图。
[0017]在另一实施例中，所述三角测量模块包含孔隙板，其经定位以拦截所述反射图案且含有以所述不同相应角度将所述两个光束引导向所述至少一个图像传感器的两个孔隙。
[0018]在又一实施例中，所述设备包含经配置以接收所述反射图案且将所述反射图案引导向所述至少一个图像传感器的物镜，其中所述三角测量模块使所述孔隙板成像到所述物镜的出射光瞳上且包含经配置以引导所述两个光束分别穿过所述两个孔隙的双楔。
[0019]在公开实施例中，所述光束组合器光学器件包含多个光学棱镜，其经配置以反射所述相干光束及所述投影图案中的至少一者以按所述第一入射角及所述第二入射角将所述相干光束及所述投影图案引导向所述位置。
[0020]在又一实施例中，所述处理器经配置以通过测量所述第一图像中的所述干涉条纹
相对于第一参考的第一位移来进行所述第一3D测量及通过测量所述第二图像中的所述结构化光的所述图案相对于第二参考的第二位移来进行所述第二3D测量。
[0021]在另一实施例中，所述干涉仪模块包含经配置以发射所述相干光的光源，且所述至少一个图像传感器经配置以捕捉所述干涉条纹的所述第一图像。
[0022]在又一实施例中，所述至少一个图像传感器经配置以捕捉所述受检验区域的二维(2D)图像。另外或替代地，所述处理器经配置以分割及分析所述2D图像以识别所述区域中的一或多个对象且在测量所述一或多个经识别对象的高度时应用所述第一3D测量及所述第二3D测量。
[0023]在另一实施例中，所述至少一个图像传感器包含经配置以捕捉所述干涉条纹的所述第一图像及从所述受检验区域反射的所述图案的所述第二图像两者的单个图像传感器。
[0024]在又一实施例中，所述设备包含经配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学检验设备，其包括：干涉仪模块，其经配置以将相干光束引导向受检验区域、接收从所述区域反射的所述光束及产生通过组合所述反射光束与参考光束所产生的干涉条纹的第一图像；三角测量模块，其包括经配置以将结构化光的图案投影到所述受检验区域上的投影仪；至少一个图像传感器，其经配置以捕捉所述干涉条纹的所述第一图像及从所述受检验区域反射的所述图案的第二图像；光束组合器光学器件，其经配置以引导所述相干光束沿第一光轴以第一入射角射到所述受检验区域上的位置及引导所述投影图案沿第二光轴以不同于所述第一入射角的第二入射角射到所述位置；及处理器，其经配置以处理所述第一图像及所述第二图像以提取所述受检验区域的相应第一三维(3D)测量及第二3D测量且组合所述第一3D测量与所述第二3D测量以产生所述区域的3D图。2.根据权利要求1所述的设备，且其包括经配置以跨所述受检验区域平移所述第一光轴及所述第二光轴的扫描机构。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一3D测量以第一分辨率及第一模糊度范围为特征，而所述第二3D测量以比所述第一分辨率粗糙的第二分辨率及比所述第一模糊度范围大的第二模糊度范围为特征，且所述处理器经配置以组合所述第一3D测量与所述第二3D测量，使得所述3D图表示在所述第二模糊度范围内具有所述第一分辨率的所述区域。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一入射角垂直于所述受检验区域的表面，而所述第二入射角是倾斜的。5.根据权利要求4所述的设备，且其包括经配置以将所述相干光束及所述投影图案引导到所述位置上的物镜，其中所述物镜的数值孔径包含服务所述干涉仪模块的中心部分及服务所述三角测量模块的外围部分。6.根据权利要求4所述的设备，其中所述至少一个图像传感器包括经定位以捕捉所述第一图像的第一图像传感器及经定位以捕捉所述第二图像的第二图像传感器，且其中所述光束组合器光学器件进一步经配置以沿对应于所述第二入射角的倾斜出射角将从所述受检验区域反射的所述图案引导向所述第二图像传感器。7.根据权利要求1所述的设备，其中所述三角测量模块经配置以按不同相应角度引导来自所述受检验区域的两个光束以在所述至少一个图像传感器上形成所述图案的相应图像，且所述处理器经配置以一起处理所述相应图像以产生所述3D图。8.根据权利要求7所述的设备，其中所述三角测量模块包括孔隙板，所述孔隙板经定位以拦截所述反射图案且含有以所述不同相应角度将所述两个光束引导向所述至少一个图像传感器的两个孔隙。9.根据权利要求8所述的设备，且其包括经配置以接收所述反射图案且将所述反射图案引导向所述至少一个图像传感器的物镜，其中所述三角测量模块使所述孔隙板成像到所述物镜的出射光瞳上且包括经配置以引导所述两个光束分别穿过所述两个孔隙的双楔。10.根据权利要求1所述的设备，其中所述光束组合器光学器件包括多个光学棱镜，所述多个光学棱镜经配置以反射所述相干光束及所述投影图案中的至少一者以按所述第一入射角及所述第二入射角将所述相干光束及所述投影图案引导向所述位置。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器经配置以通过测量所述第一图像中的所述干涉条纹相对于第一参考的第一位移来进行所述第一3D测量及通过测量所述第二图像中的所述结构化光的所述图案相对于第二参考的第二位移来进行所述第二3D测量。12.根据权利要求1所述的设备，其中所述干涉仪模块包括经配置以发射所述相干光的光源，且所述至少一个图像传感器经配置以捕捉所述干涉条纹的所述第一图像。13.根据权利要求12所述的设备，其中所述至少一个图像传感器经配置以捕捉所述受检验区域的二维(2D)图像。14.根据权利要求13所述的设备，其中所述处理器经配置以分割及分析所述2D图像以识别所述区域中的一或多个对象且在测量所述一或多个经识别对象的高度时应用所述第一3D测量及所述第二3D测量。15.根据权利要求12所述的设备，其中所述至少一个图像传感器包括经配置以捕捉所述干涉条纹的所述第一图像及从所述受检验区域反射的所述图案的所述第二图像两者的单个图像传感器。16.根据权利要求15所述的设备，且其包括经配置以捕捉从所述受检验区域沿对应于所述第二入射角的倾斜出射角反射的所述图案的第三图像的另一图像传感器，且其中所述处理器经配置以处理所述第三图像以对所述受检验区域进行进一步3D测量。17.根据权利要求1所述的设备，其中所述干涉仪模块经配置以通过自参考数字全息术产生所述第一图像。18.根据权利要求1所述的设备，其中所述干涉仪模块经配置以通过引导具有不同照明状况的两个所述相干光束射到所述受检验区域来产生所述第一图像，其中所述光束中的一者充当所述参考光束。19.根据权利要求1所述的设备，其中所述干涉仪模块经配置以通过光学操控所述光束来从所述相干光束得到所述参考光束。20.根据权利要求1所述的设备，其中所述三角测量模块包括经配置以变动所述投影图案的偏光状态以调整第二图像中的镜面及漫反射的相对强度的至少一个可旋转偏光器。21.根据权利要求1所述的设备，其中所述干涉仪模块经配置以使用数字全息法来捕捉所述第一图像。22.根据权利要求1所述的设备，其中所述三角测量模块经配置以使用扫描相移法(SPSM)来捕捉所述第二图像。23.一种光学检验设备，其包括：干涉仪模块，其经配置以引导相干光束沿第一光轴射到受检验区域、接收从所述区域反射的所述光束及产生通过组合所述反射光束与参考光束所产生的干涉条纹的第一图像；三角测量模块，其包括经配置以沿第二光轴投影结构化光的图案射到所述受检验区域的投影仪；至少一个图像传感器，其经配置以捕捉所述干涉条纹的所述第一图像及从所述受检验区域反射的所述图案的第二图像；扫描机构，其经配置以跨所述受检验区域将所述第一光轴及所述第二光轴平移成...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：奥宝科技有限公司，
类型：发明
国别省市：