三维形貌检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种三维形貌检测装置，其包含至少二光学检测装置及一倾斜角度调整机构。该倾斜角度调整机构将至少二光学检测装置架设其上，以调整该光学检测装置的倾斜角度。当至少二光学检测装置的倾斜角度改变时，该至少二光学检测装置的焦点维持在同一位置，并使待测物位于该至少二光学检测装置的视场范围内。将该至少二光学检测装置撷取影像数据进行影像重建后，即可得到待测物的三维形貌。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学检测装置，特别是涉及一种三维形貌检测装置。
技术介绍
精密的形貌检测是现代科技中非常重要的一环，当许多元组件渐渐微小化，就更 需要精确可靠的检测技术来验证其微结构尺寸或形貌的精度，以控制品质及制造工艺。其 中利用光学非接触检测方式的测量技术，可以非破坏方式取得待测物表面精确的形貌数 据，已广泛应用于各种产业中。 参照图1，当待测物12形貌表面斜率较大时，因光学显微镜11常使用的物镜倍率 为20倍以下，此区间的数值孔径过小，会造成待测物12表面反射光13无法进入光学显微 镜ll，而无法取得待测物表面形貌数据。因此，往往只能采用数值内插法，补足所缺的形貌 数据，但无法量得实际形貌尺寸及其粗糙度数据。 中国台湾专利TW1229186利用双视角的线性扫描装置搭配一斜向光源，可用以检 测缺陷的大致形状及尺寸，主要优点为可较快速检测大面积的缺陷，并判断缺陷为凸起或 凹陷。但是无法精确量取微结构三维形貌尺寸，也没有解决待测物形貌表面斜率较大时，表 面信号无法被撷取到的问题。 美国专利6， 449， 048利用将干涉仪倾斜一角度，与待测物横移方向不成垂直，可 直接使用传统的垂直扫描干涉仪(VSI)及相移干涉仪(PSI)硬件，连续扫描待测物表面，不 需用影像缝补技术，取得待测物表面形貌。但仍未能解决待测物形貌表面斜率较大时的全 方位角形貌取得的问题。 QED Technology公司则发展出以倾斜待测物并旋转的方式，取得较大表面待测物 斜率较大的表面形貌数据。但此种方式受限于较小的待测样品，若待测样品较大，无法配合 倾斜时，则无法使用。
技术实现思路
本专利技术针对先进制造工艺的切削、压印、研磨、纳米加工产业，开发精密机械所需 微结构表面形貌尺寸、大行程纳米解析、以及高速测量的共通先进检测和验证核心技术。本 专利技术提出一种三维形貌检测装置，可以有效克服待测物形貌表面斜率较大时，造成待测物 表面反射光信号无法进入显微镜，而无法取得待测物表面形貌数据的问题。不论是规则性 简单微结构或复杂的微结构，均得以利用本专利技术进行微结构的检测，可达纳米级的应用。 根据本专利技术一实施范例的三维形貌检测装置，其包含至少二光学检测装置及一倾 斜角度调整机构。该倾斜角度调整机构将至少二光学检测装置架设其上，以调整该光学检 测装置的倾斜角度。当至少二光学检测装置的倾斜角度改变时，至少二光学检测装置的焦 点维持在同一位置(或同一焦平面)，并使待测物位于该至少二光学检测装置的视场范围 (Field of view)内。将该至少二光学检测装置撷取影像数据进行影像重建后，即可得到待 测物的三维形貌。3 本专利技术利用倾斜式光学检测架构，可取得斜率较大的表面形貌数据，且可应用于 待测样品不方便倾斜的状况。另外，本专利技术利用倾斜角度调整架构可调整影像检测装置至 任意角度，以取得待测物影像并重建三维形貌；且可检测微结构形貌尺寸及较大表面待测 物的形貌尺寸。附图说明 图1是显示现有的三维形貌检测装置的示意图； 图2至图4是显示本专利技术一实施范例的三维形貌检测装置的示意图 图5及图6是显示本专利技术的三维形貌检测装置的概念示意图。 主要元件符号说明 11光学显微镜 12待测物 13 反射光 20三维形貌检测装置 21 22光学检测装置 23 25 枢纽 26 27 旋转平台 28 30 马达 31 43 连接轴 44 50三维形貌检测装置 51 52光学检测装置 53 55 待测物 60 61 方向角调整机构光学检测装置圆弧轨道待测物移动平台导螺杆连接轴光学检测装置倾斜角度调整装置三维形貌检测装置具体实施例方式本专利技术所提供的三维形貌检测系统架构的实现方法将参考附图举例说明如下，但 是所述实现方式仅为例示，而并非为其局限。 如图2所示，三维形貌检测装置20主要包含两光学检测装置21、22，分置于一圆弧 轨道23的两侧。光学检测装置21利用枢纽25在圆弧轨道23滑动，光学检测装置22亦利 用枢纽(其设置位置类似于枢纽25相对于光学检测装置21的位置，但恰为光学检测系统 22所阻挡而未见于图中)在圆弧轨道23滑动。圆弧轨道23为一体成型，具良好的刚性，而 可提升光学检测装置21、22移动位置的精密度。 根据此圆弧轨道23的路径可以调整光学检测装置21和22的倾斜角度，亦即圆弧 轨道23为一倾斜角度调整机构。圆弧轨道23的圆弧中心为光学检测装置21和22的对焦 成像点，使光学检测装置21和22的倾斜角度改变时，光学检测装置21和22的焦点随时维 持在同一位置(同一焦平面)。此外，为了要使待测物26的位置落在光学检测装置21和 22的视场范围内，或者要取得待测物26的全方位角影像时，可以通过待测物旋转平台27及 移动平台28协助完成取像工作。 光学检测装置21和22分别倾斜一个固定角度后各取像一次，此固定角度的大小 取决于待测物26的表面斜率，然后分别取得的影像经由软件进行缝合而重建出待测物26的形貌。另外，可视待测物26的形貌结构复杂度决定是否需要增设待测物26的转动平台27及移动平台28，以改变不同视角或检测位置，取得全方位角的三维形貌影像。 上述三维形貌检测装置20的实际运用可如图3及图4所示的架构，其中图3显示立体架构，图4则为侧视图。经由两组步进马达30转动导螺杆31，移动连接于光学检测装置21和22的连接轴43及44，使得各光学检测装置21和22的枢纽25 (另一枢纽未示于图中)可以在圆弧轨道23上滑动。然后光学检测装置21和22分别取得的影像可经由软件进行缝合而重建出待测物形貌。另外，可视待测物的形貌结构复杂度决定是否需要待测物的转动及移动平台，以改变不同视角或检测位置，取得全方位角的三维形貌影像。 实际应用上，并非以上述实施例为限，圆弧轨道也可以其他的倾斜角度调整机构替代，例如连杆机构、X-Y平面位移平台、旋转平台等可实现的机构。该光学检测装置21、22包含光学显微镜、干涉仪等。 综合上述，本专利技术的概念如图5所示，一个三维形貌检测装置50包含两个光学检 测装置51、52及一个倾斜角度调整机构53。光学检测装置51、52利用倾斜角度调整机构 53进行倾斜角度位置调整，使光学检测装置51和52的倾斜角度改变时，其焦点仍随时维持 在同一位置(同一焦平面)，以针对待测物55进行形貌检测。三维形貌检测装置50可应用 于检测规则性简单微结构，如背光模块中的增亮膜(BEF)等。 若需检测如复杂的曲面或锥状等结构时，复杂微结构是单靠两组光学检测装置及 倾斜角度调整机构仍无法完成检测，而需要搭配上可调整待测物方向角机构才能够完成检 测工作。参照图6，一个三维形貌检测装置60除包含两个光学检测装置51、52及一个倾斜 角度调整机构53夕卜，另包含一待测物方向角调整机构61，其可包含例如图2所示的旋转平 台27及移动平台28。 总而言之，本专利技术利用倾斜式光学检测架构，可取得斜率较大的表面形貌数据，且 可应用于待测样品不方便倾斜的状况。另外，本专利技术利用倾斜角度调整架构可调整影像检 测装置至任意角度，以取得待测物影像并重建三维形貌；且可检测微结构形貌尺寸及较大 表面待测物的形貌尺寸。 以应用方面而言，例如应用于平面显示器产业背光模块的滚筒模仁加工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维形貌检测装置，其特征在于，包含：至少二光学检测装置；一倾斜角度调整机构，将该至少二光学检测装置架设其上，以调整该至少二光学检测装置的倾斜角度；其中当该至少二光学检测装置的倾斜角度改变时，该至少二光学检测装置的焦点维持在同一位置，并使待测物位于该至少二光学检测装置的视场范围内。

【技术特征摘要】
一种三维形貌检测装置，其特征在于，包含至少二光学检测装置；一倾斜角度调整机构，将该至少二光学检测装置架设其上，以调整该至少二光学检测装置的倾斜角度；其中当该至少二光学检测装置的倾斜角度改变时，该至少二光学检测装置的焦点维持在同一位置，并使待测物位于该至少二光学检测装置的视场范围内。2. 根据权利要求1所述的三维形貌检测装置，其特征在于该倾斜角度调整机构为圆 弧轨道。3. 根据权利要求2所述的三维形貌检测装置，其特征在于该至少二光学检测装置设 有枢纽，且利用该枢纽使得该至少二光学检测装置于圆弧轨道上移动，以调整该光学检测 装置的倾斜角度。4. 根据权利要求2所述的三维形貌检测装置，其特征在于该圆弧轨道为一体成型。5. 根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟诚，郭世炫，陈金亮，
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]