CN112838018A - 光学量测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种光学量测方法，用以量测对象的表面，所述光学量测方法包含以下步骤。首先，提供输入光线。于输入光线的光学路径上，提供空间光调制器，空间光调制器具有多个像素，所述多个像素用以选择性地调变输入光线为测试光线。并且，控制空间光调制器，使所述多个像素中的第一像素群组不调变输入光线，第一像素群组对应表面的定位标记的位置。并且，分别于第一时间与第二时间取得表面的第一表面影像与第二表面影像。并且，依据第一表面影像与第二表面影像中的定位标记，对准第一表面影像与第二表面影像。

Description

光学量测方法

技术领域

本申请是有关于一种光学量测方法，特别是关于一种解析对象表面影像的光学量测方法。

背景技术

在产品制造完成后，都会经过一定的测试程序，用来把关产品的质量。一般来说，会仰赖人力检查产品的外观是否缺损，或者通过观察产品的外观来判断功能是否正常。但有些产品的结构比较细致，有时实在无法要求人员使用肉眼检查出瑕疵。传统上，当肉眼无法判别是否有瑕疵时，可以借助摄影机来拍摄产品的外观，通过放大拍摄到的影像，便可以检查产品特定区域的外观。举例来说，晶圆磊晶完成后也时常会通过摄影机来拍摄晶圆表面，通过晶圆的表面影像来检查晶圆中每个组件的磊晶质量。

由于晶圆中的组件尺寸非常小，表面影像往往需要有相当高的分辨率，才能详细地检查磊晶质量。然而，为了提高影像分辨率，常会使用拍摄多张影像合成为单一影像的手法，但时常会因为摄影机的震动或晶圆的位移，使拍摄到的表面影像产生偏移而有分辨率不佳的情况。因此，业界需要一种新的光学量测方法，能够在表面影像发生偏移时，有效地校准表面影像，以提高表面影像的分辨率。

发明内容

有鉴于此，本申请提出一种光学量测方法，在把结构光投射至对象的表面时，会避开对象的定位标记。因此，在拍摄对象的表面影像时，会发现定位标记没有受到结构光的干扰，使得表面影像更容易进行后续的对准与校正程序。

本申请提供一种光学量测方法，用以量测对象的表面，所述光学量测方法包含以下步骤。首先，提供输入光线。于输入光线的光学路径上，提供空间光调制器，空间光调制器具有多个像素，所述多个像素用以选择性地调变输入光线为测试光线。并且，控制空间光调制器，使所述多个像素中的第一像素群组不调变输入光线，第一像素群组对应表面的定位标记的位置。并且，分别于第一时间与第二时间取得表面的第一表面影像与第二表面影像。并且，依据第一表面影像与第二表面影像中的定位标记，对准第一表面影像与第二表面影像。

于一些实施例中，空间光调制器的所述多个像素于第一时间可以对应第一图样，空间光调制器的所述多个像素于第二时间可以对应第二图样。此外，于依据第一表面影像与第二表面影像中的定位标记，对准第一表面影像与第二表面影像的步骤中，包含以下步骤。首先，定位第一表面影像中的定位标记，据以产生第一坐标。并且，定位第二表面影像中的定位标记，据以产生第二坐标。并且，比对第一坐标与第二坐标，计算第一偏移值。并且，依据第一偏移值，补偿第二表面影像，使第二表面影像对准第一表面影像。

于一些实施例中，第一表面影像可以对应该表面的第一取像范围，第二表面影像可以对应表面的第二取像范围，第一取像范围不等于第二取像范围。此外，于对准该第一表面影像与该第二表面影像的步骤中，更可以设定第一取像范围与第二取像范围于表面重叠的区域为交集取像范围。并且，更可以移除第一表面影像与第二表面影像于交集取像范围以外的数据。

于一些实施例中，光学量测方法更可以包含以下步骤。首先，可以预先取得表面的初始表面影像。并且，可以计算定位标记于初始表面影像中的位置，据以产生计算结果。并且，可以依据计算结果，自所述多个像素中选择第一像素群组，使第一像素群组对应初始表面影像中的定位标记的位置。此外，第一像素群组可以对应表面上的不投影范围，不投影范围的面积大于定位标记的面积，且不投影范围的中心位置可以大致上等于定位标记的中心位置。

综上所述，本申请提供的光学量测方法，在把结构光投射至对象的表面时，会避开对象的定位标记。并且，本申请提供的光学量测方法可以利用定位标记重叠多次拍摄的表面影像，由于定位标记没有受到结构光的干扰，使得多次拍摄的表面影像更容易进行后续的对准与校正程序。

有关本申请的其它功效及实施例的详细内容，配合附图说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是依据本申请一实施例的光学量测***的示意图；

图2A是依据本申请一实施例的对象表面的示意图；

图2B是依据本申请一实施例的空间光调制器的示意图；

图3A是依据本申请一实施例的第一表面影像的示意图；

图3B是依据本申请一实施例的第二表面影像的示意图；

图4是依据本申请一实施例的定位标记偏移的示意图；

图5是依据本申请一实施例的光学量测方法的步骤流程图。

符号说明

1光学量测*** 10光源

11透镜 12分光单元

13透镜 14空间光调制器

140像素 142第一像素群组

15透镜 16影像撷取设备

17处理单元 20物件

20a表面 200待测组件

202定位标记 3第一表面影像

30影像中的定位标记 4第二表面影像

40影像中的定位标记

A、B影像中的定位标记的中心点

cmd控制指令 S50～S58步骤流程

具体实施方式

有关本申请的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本申请。

请一并参阅图1与图2A，图1是绘示依据本申请一实施例的光学量测***的示意图，图2A是绘示依据本申请一实施例的对象表面的示意图。如图所示，本申请所公开的光学量测方法可以应用于光学量测***1，而光学量测***1可以用来检测对象20。在此，对象20可以是晶圆或者是载板，用以装载待测组件200。待测组件200设置于对象20的表面20a上，且可以是芯片、晶粒、面板或者电路，本实施例在此不加以限制。此外，对象20的表面20a上还可以具有定位标记202，实务上在进行检测时，可以利用定位标记202对齐对象20。另外，图1绘示的光学量测***1可以具有光源10、透镜11、分光单元12、透镜13、空间光调制器(spatial light modulator)14、透镜15、影像撷取设备16以及处理单元17，以下说明光学量测***1的光学架构。

光源10是用来提供输入光线，虽然图1绘示了光源10是点光源，但本实施例不加以限制，例如光源10也可以是面光源。此外，光源10可以是白光光源或者是非同调光源，从而输入光线可以是白光光线或者是一种非同调光光线。在此，光源10提供的输入光线会进入透镜11，透镜11的功能是将来自点光源的输入光线转换成平行光。于所属技术领域具有通常知识者应该明白，光源10大致上会在透镜11的焦点位置，从而经过透镜11的输入光线，大致上可被视为一个平面光。当然，如果光源10原本就是平行面光源，实务上也可以不需要透镜11。

此外，于输入光线的光学路径上，还可以设置有分光单元12以及空间光调制器14。于图1绘示的例子中，空间光调制器14可以设置于透镜11以及分光单元12之间，而空间光调制器14可以将至少部分的输入光线转换为测试光线，其中所述测试光线可以例如是第一结构光。实务上，分光单元12可以是一种光学分光镜，可以将从空间光调制器14来的测试光线反射向透镜13，使得测试光线能够经过透镜13照射向对象20。于一个例子中，输入光线与空间光调制器14调变后的测试光线可以是同一方向，而经过分光单元12反射的测试光线可以是垂直输入光线的方向。

空间光调制器14可以具有多个像素，且所述多个像素可以排列成数组形式。在此所称的每一个「像素」可以由液晶组成，所述多个像素能选择透光与不透光状态，从而可以决定测试光线能否通过或通过的比例。举例来说，空间光调制器14可以依据处理单元17提供的控制指令cmd，来决定哪些像素被开启或部分开启，哪些像素被关闭。于一个例子中，图1中的空间光调制器14可以具有一种穿透式的像素数组，所述穿透式的像素数组可以具有一液晶层(图未示)，通过控制指令cmd控制所述液晶层中的液晶旋转方向，决定测试光线能以多少比例通过特定像素。为了方便说明本实施例的空间光调制器14，请一并参阅图1、图2A与图2B，图2B是绘示依据本申请一实施例的空间光调制器的示意图。如图所示，空间光调制器14可以具有多个数组排列的像素140，所述像素140可以受控于控制指令cmd来调整测试光线能通过的比例。

于一个例子中，多个像素140和对象20的表面20a有空间上的对应关系，例如任一个像素140可以对应到表面20a上的一个特定位置。反之，表面20a上的任一个位置也可以对应到空间光调制器14中的一个特定像素140。当多个像素140和表面20a的对应关系被建立出来后，其中部分的像素140可以被定义为第一像素群组142，第一像素群组142会大致上对应表面20a的定位标记202的位置。实务上，本实施例提供的空间光调制器14中，第一像素群组142可以看成一个不调变测试光线的区域，即第一像素群组142中的像素140可以让测试光线全部通过。举例来说，第一像素群组142会对应表面20a上的一个不投影范围，不投影范围的中心位置大致上等于定位标记202的中心位置，且不投影范围的面积会略大于定位标记202所占面积。

以实际的例子来说，如果已知要反复检测类似的一批对象20，则处理单元17可以预先储存有像素140和表面20a的对应关系，并且也可以预先储存定位标记202的位置。也就是说，由于处理单元17预先储存有像素140和表面20a的对应关系，可以查找哪些像素140会对应到初始表面影像中的定位标记的周围区域。接着，处理单元17再将对应初始表面影像中的定位标记周围区域的多个像素140设定为第一像素群组142。于一个例子中，为了快速完成设定第一像素群组142的步骤，所述初始表面影像分辨率可以较低或也可以没有充分对焦，只要能让处理单元17看出初始表面影像中的定位标记，即能符合本实施例的初始表面影像的范畴。

另一方面，本实施例不限制空间光调制器14要具有穿透式的像素数组，例如空间光调制器14也有可能具有反射式的像素数组。举例来说，如果像素140是反射式的架构，则像素140可能由液晶层和反射镜组成。在此，像素140同样也可以通过控制像素中的液晶旋转方向，决定测试光线被反射镜反射的比例。此外，反射式的像素140也有可能没有液晶层而仅具有反射镜，例如每一个像素140可以就是一面小反射镜，控制指令cmd可以决定哪些像素140可以将测试光线反射到表面20a。同样地，纵使像素140是反射式的架构，第一像素群组142仍可看成是一个不调变测试光线的区域，即第一像素群组142中的像素140可以让测试光线全部反射到表面20a。另外，空间光调制器14有可能会与偏振片搭配使用，不过由于偏振片的功能及用途是所属技术领域中具有通常知识者皆能理解，再加上其并非本申请的重点，在此不予赘述。

测试光线在经过对象20的表面20a反射后，可以再次经过透镜13射向分光单元12。由于分光单元12的光学特性，来自透镜13的光线可以直接穿透分光单元12而进入透镜15，并且再被透镜15聚焦而导引至影像撷取设备16。于一个例子中，影像撷取设备16可以设置在分光单元12的一侧，用来接收从透镜13反射回来的参考光线，以及接收从对象20的表面20a反射回来的光线。于一个例子中，为了看清楚在某一高度的表面20a，影像撷取设备16可以在多个连续时间点拍摄多张对象20的表面影像，以提高表面影像的分辨率。

举例来说，影像撷取设备16在第一时间可以取得表面20a的第一表面影像，影像撷取设备16在第二时间可以取得表面20a的第二表面影像，第一时间与第二时间可以是先后两个拍摄时间点，本实施例在此不加以限制。为了方便说明，请一并参阅图1、图2A、图2B、图3A与图3B，图3A是绘示依据本申请一实施例的第一表面影像的示意图，图3B是绘示依据本申请一实施例的第二表面影像的示意图。如图所示，在第一时间，空间光调制器14可以将测试光线调变为第一结构光，从而影像撷取设备16可以拍摄第一结构光照射到表面20a，以得到第一表面影像3。实务上，由于第一结构光可能带有特定的图样，如果表面20a的定位标记202也被投影上特定的图样，可能在第一表面影像3中不易判读。因此，本实施例的空间光调制器14会控制第一像素群组142中的像素140，使得第一像素群组142中的像素140不调变测试光线，使得表面20a的定位标记202不会被投影上特定的图样。

换句话说，由于第一像素群组142中的像素140不调变测试光线，使得第一表面影像3中的定位标记30没有投影上第一结构光，可以让定位标记30容易且清楚地被读取出来。并且，由于第一像素群组142以外的其他像素140都正常地调变测试光线，使得对象20的表面20a上的其他部分(例如待测组件200)都有被投影上第一结构光，因此也可以正常地检测对象20。

同样地，在第二时间，空间光调制器14可以将测试光线调变为第二结构光，从而影像撷取设备16可以拍摄第二结构光照射到表面20a，以得到第二表面影像4。在此，第二结构光可以和第一结构光具有不同的相位，又或者第二结构光可以和第一结构光带有不同的图样，本实施例在此不限制。如前所述，本实施例的空间光调制器14同样会控制第一像素群组142中的像素140，使得第一像素群组142中的像素140不调变测试光线，使得表面20a的定位标记202不会被投影上第二结构光。由于第一像素群组142中的像素140不调变测试光线，使得第二表面影像4中的定位标记40同样可以容易且清楚地被读取出来。

以实际的例子来说，由于影像撷取设备16先后拍摄第一表面影像3和第二表面影像4时，因为某些不理想的因素，可能导致对象20相对于影像撷取设备16发生偏移。此时，本实施例的处理单元17便可以接收第一表面影像3和第二表面影像4，并利用第一表面影像3中的定位标记30和第二表面影像4中的定位标记40，将第一表面影像3和第二表面影像4对齐。请参阅图4，图4是绘示依据本申请一实施例的定位标记偏移的示意图。如图所示，假设第一表面影像3中的定位标记30定义有一个中心点A，为了方便运算，处理单元17可以给中心点A一个坐标(a1,a2)。同样地，处理单元17可以找出第二表面影像4中的定位标记40，并在相同的坐标系内，给中心点B一个坐标(b1,b2)。

当中心点A和中心点B的坐标不相同时，可以知道影像撷取设备16或对象20在第一时间和第二时间之间发生了震动，使得对象20相对于影像撷取设备16发生偏移。因此，处理单元17可以先判断中心点A和中心点B的偏移程度(即第一偏移值)，所述第一偏移值在第一方向上可以是b1-a1，而在第二方向上可以是b2-a2。接着，处理单元17可以选择以第一表面影像3为基础，基于所述第一偏移值平移第二表面影像4。例如，将整个第二表面影像4在第一方向上移动-(b1-a1)，在第二方向上移动-(b2-a2)，使得第二表面影像4能够重叠第一表面影像3。如此一来，处理单元17便完成了第一表面影像3和第二表面影像4的对齐作业。

于一个例子中，处理单元17有可能不基于中心点A与中心点B计算定位标记30和定位标记40的偏移程度，例如处理单元17也可以选择其他方便定义的点或线来计算所述第一偏移值。此外，如果对象20和影像撷取设备16之间还发生了相对转动，处理单元17也可以基于多个点、点和线或线和线的组合，来计算定位标记30和定位标记40各自的角度，以判断定位标记30和定位标记40的转动程度。换句话说，第一偏移值不仅有可能用来指示平移的程度，也有可能用来指示转动的程度，本实施例不加以限制。

另外，由于影像撷取设备16的拍摄范围应该是固定的，如果在两次拍摄之间，对象20相对于影像撷取设备16发生偏移，于所属技术领域具有通常知识者应可以理解，影像撷取设备16这两次拍摄到的画面范围应有些许的不同。也就是说，第一表面影像3可以对应表面20a的第一取像范围，第二表面影像4可以对应表面20a的第二取像范围，第一取像范围不等于第二取像范围。另一方面，由于第一取像范围不等于第二取像范围，处理单元17也可以裁切第一表面影像3和第二表面影像4，仅保留第一取像范围和第二取像范围重叠处(交集取像范围)的影像内容。实务上，纵使对象20相对于影像撷取设备16发生偏移，也不至于偏移的太多，多数会在可以接受的程度内。从而，被裁切掉的部分第一表面影像3和第二表面影像4，也是属于影像画面的边缘，不会影响检测待测组件200的目的。

于一个例子中，处理单元17完成第一表面影像3和第二表面影像4的对齐作业之后，还有可能组合第一表面影像3和第二表面影像4，使得组合出来的表面影像可以有更高的分辨率，并更能表现完整的细节。当然，本实施例不限制处理单元17只能对齐两张表面影像，例如影像撷取设备16如果连续拍摄了多张表面影像，处理单元17也可以依序对齐或组合这些表面影像。

值得一提的是，处理单元17不一定要预先储存有像素140和表面20a的对应关系，并且不一定要预先储存定位标记202的位置。举例来说，如果时常检测不同的对象，则处理单元17可以在正式测试前，先让影像撷取设备16拍摄一张对象20表面20a的初始表面影像。接着，处理单元17可以计算定位标记202于初始表面影像中的位置，据以产生计算结果。并且，处理单元17可以依据计算结果，自多个像素140中选择出第一像素群组142，使第一像素群组142对应初始表面影像中的定位标记的位置。

为了再次说明本申请的光学量测方法的步骤，请一并参考图1到图5，图5是绘示依据本申请一实施例的光学量测方法的步骤流程图。如图所示，于步骤S50中，光源10提供输入光线。于步骤S52中，于输入光线的光学路径上，提供空间光调制器14，空间光调制器14具有多个像素140，所述多个像素140用以选择性地调变输入光线为测试光线。于步骤S54中，处理单元17可以控制空间光调制器14，使所述多个像素140中的第一像素群组142不调变输入光线，第一像素群组142对应对象20表面20a中的定位标记202的位置。接着，于步骤S56中，影像撷取设备16分别于第一时间与第二时间取得表面20a的第一表面影像3与第二表面影像4。接着，于步骤S58中，处理单元17可以依据第一表面影像3与第二表面影像4中的定位标记30和定位标记40，对准第一表面影像3与第二表面影像4。本申请光学量测方法的其他步骤细节，已于前述实施例详细说明，在此不予赘述。

综上所述，本申请提供的光学量测方法，在把结构光投射至对象的表面时，会避开对象的定位标记。并且，本申请提供的光学量测方法可以利用定位标记重叠多次拍摄的表面影像，由于定位标记没有受到结构光的干扰，使得多次拍摄的表面影像更容易进行后续的对准与校正程序。

以上所述的实施例及/或实施方式，仅是用以说明实现本申请技术的较佳实施例及/或实施方式，并非对本申请技术的实施方式作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本申请内容所公开的技术手段的范围，当可作些许的更动或修改为其它等效的实施例，但仍应视为与本申请实质相同的技术或实施例。

Claims (8)

1.一种光学量测方法，用以量测一对象的一表面，其特征在于，该光学量测方法包含：

提供一输入光线；

于该输入光线的一光学路径上，提供一空间光调制器，该空间光调制器具有多个像素，该些像素用以选择性地调变该输入光线为一测试光线；

控制该空间光调制器，使该些像素中的一第一像素群组不调变该输入光线，该第一像素群组对应该表面的一定位标记的位置；

分别于一第一时间与一第二时间取得该表面的一第一表面影像与一第二表面影像；以及

依据该第一表面影像与该第二表面影像中的该定位标记，对准该第一表面影像与该第二表面影像。

2.如权利要求1所述的光学量测方法，其特征在于，于依据该第一表面影像与该第二表面影像中的该定位标记，对准该第一表面影像与该第二表面影像的步骤中，包含：

定位该第一表面影像中的该定位标记，据以产生一第一坐标；

定位该第二表面影像中的该定位标记，据以产生一第二坐标；

比对该第一坐标与该第二坐标，计算一第一偏移值；以及

依据该第一偏移值，补偿该第二表面影像，使该第二表面影像对准该第一表面影像。

3.如权利要求1所述的光学量测方法，其特征在于，该第一表面图像映射该表面的一第一取像范围，该第二表面图像映射该表面的一第二取像范围，该第一取像范围不等于该第二取像范围。

4.如权利要求3所述的光学量测方法，其特征在于，于对准该第一表面影像与该第二表面影像的步骤中，更包含：

设定该第一取像范围与该第二取像范围于该表面重叠的区域为一交集取像范围；以及

移除该第一表面影像与该第二表面影像于该交集取像范围以外的数据。

5.如权利要求1所述的光学量测方法，其特征在于，更包含：

预先取得该表面的一初始表面影像；

计算该定位标记于该初始表面影像中的位置，据以产生一计算结果；以及

依据该计算结果，自该些像素中选择该第一像素群组，使该第一像素群组对应该初始表面影像中的该定位标记的位置。

6.如权利要求5所述的光学量测方法，其特征在于，该第一像素群组是对应该表面上的一不投影范围，该不投影范围的面积大于该定位标记的面积。

7.如权利要求6所述的光学量测方法，其特征在于，该不投影范围的中心位置大致上等于该定位标记的中心位置。

8.如权利要求1所述的光学量测方法，其特征在于，该空间光调制器的该些像素于该第一时间对应一第一图样，该空间光调制器的该些像素于该第二时间对应一第二图样。

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