TWI723129B - 用於光學三維構形量測之方法及系統 - Google Patents

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Abstract

針對一物件之一表面之三維構形量測，透過一物鏡將圖案化照明投影至該表面上。執行該物件與該物鏡之間的一相對移動，且藉由一偵測器透過該物鏡記錄該表面之多個影像。該相對移動之該方向包含相對於該物鏡之一光軸之一斜角。從自該各自位置記錄之該強度之一變化導出該表面上之一給定位置之高度資訊。同樣地，圖案化照明及均勻照明可交替投影於該表面上，同時在該物件與該物鏡沿著該物鏡之一光軸之一相對移動期間記錄該表面之影像。均勻照明用於獲得該表面上之鏡面結構之高度資訊，圖案化照明用於獲得有關該表面之其他部分之高度資訊。

Description

用於光學三維構形量測之方法及系統
本發明係關於一種用於一物件之一表面之三維(3D)構形量測之方法及系統，其中圖案化照明透過一物鏡投影於該物件之該表面上且在該物件與該物鏡之間的一相對移動期間自所記錄之該表面之影像獲得有關該表面之高度資訊。
在各種製造領域中需要有關一物件之一表面之構形之資訊。對此資訊的需要尤其顯著之一領域為半導體製造，其中需要檢測半導體裝置以確保正確之功能。此檢測包含組成一晶圓上之裝置之特定結構，以及將一裝置之組件固持在一起所需之實體(諸如焊料塊)。例如，自一晶圓切割之一晶粒可首先使用一焊料塊陣列接觸至一晶片之接腳。接著，該晶片可藉由焊料球接觸至外部電路。為品質保證，必須在焊接完成之前檢測焊料塊及焊料球相對於基板之高度。 3D構形量測之若干方法在技術中眾所周知。此等方法為白光干涉法、共焦顯微法、基於結構化照明之方法及具有立體視覺之雷射三角量測。所有此等方法具有其等特定之優點及缺點。 白光干涉法能夠提供非常高精確度之高度資訊。表面在干涉儀中按小於一個波長之步長移動；因此，當檢測半導體裝置時，需要取得且處理該表面之大量圖框，此係由於步長必須在與出現在該表面上之高度變化相稱之範圍內延伸。 共焦顯微法及基於結構化照明之方法兩者皆需要相當標準之顯微鏡光學器件。兩個方法皆更適用於檢測典型半導體裝置之規模之表面構形。雖然共焦顯微法通常提供比基於結構化照明之方法更佳之高度解析度，但其亦需要一更複雜且昂貴之光學設備。 基於結構化照明之方法之基本概念為將一圖案(例如，一光柵)投影於該物件之該表面上。存在兩個一般方法。 對於具有低數值孔徑(NA)(例如，低於0.1)之一成像系統(對於其，一更長之工作距離及一更大之焦點深度係可能的)，圖案可按相對於成像光軸之一角度投影至表面上。此一配置類似於雷射三角量測，此係由於使用一線照明之條紋相移而非位置偏移來提取表面高度。此方法亦稱為相移條紋投影方法。 在具有更高NA (高於0.1)之一成像系統之情況中，無法輕易實施斜投影或斜成像，此係由於焦點深度及工作距離受限制。此處，替代地，圖案(例如，一光柵)透過成像光學器件投影至表面上，且成像光學器件之光軸垂直於物件之表面，更精確言之垂直於藉由表面之一般宏觀延伸界定之平面。歸因於此配置，無法自條紋相移提取高度資訊。替代地，可藉由在平行於光軸之一方向上移動物件且沿著此方向找到投影圖案之對比度最大處之位置偏移而獲得高度資訊。 此設備與一共焦顯微鏡之間存在一類似點，但該光學器件更簡單，而無需中繼光學器件。然而，需要一更高資料速率，此係由於提取圖案影像之對比度需要針對各高度位置之三個或三個以上圖框。 垂直於表面之結構化照明之此一方法之一個實例可在申請案13/309,244上發佈之美國專利案US 8,649,024 B2中找到。一圖案藉由一空間光調變器(SLM)產生且沿著一成像物鏡之一光軸投影至一物件之表面上。該物件沿著光軸相對於物鏡移動，同時SLM調變投影圖案且複數個影像被記錄。表面上之一特定位置處之投影圖案之最大對比度產生各自位置之高度資訊。 上文提及之3D構形量測之方法之哪一者最佳取決於特定量測應用之要求。針對半導體裝置檢測，一些關鍵要求為：藉由表面之宏觀延伸界定之平面中之幾µm之一解析度、沿著垂直於此平面之一方向定位物件之小於1 µm之一重複性、沿著此垂直方向之移動之幾百µm之一總範圍。有鑑於此，基於結構化照明之方法似乎最適用於藉由3D構形量測之半導體裝置檢測。相關系統之組態可涵蓋表面平面中之解析度及垂直於平面之重複性兩者之一寬範圍，且該等方法達成沿著垂直方向之相對移動之一大範圍。光學器件比較簡單且低成本，沿著垂直方向之照明及成像之設備適用於各種各樣之表面類型，包含具有顯著鏡面反射之表面與具有顯著漫反射之表面兩者。特定言之，相對於焊料凸塊之檢測，一更大之NA在更小凸塊之球形凸塊頂部處產生更多數目之可用像素。 雖然上文概述且在所述專利US 8,649,024 B2中例示之結構化照明之基本概念達成所需精確度及準確度，但一未解決之問題係如何在較佳地按低成本滿足不斷增加之處理量要求的同時(再者以一可擴展方式)達成此等所需特性。例如，用於產生圖案化照明之所述專利US 8,649,024 B2之空間光調變器係昂貴的，而且不具有覆蓋一大視野之解析度及像素計數，然而，此將係更高處理量所必需的。
本發明之一目的係提供一種用於一物件之一表面之三維構形量測之方法，其易於實施，提供沿著垂直方向之足夠之平面中解析度及重複性且可擴展。 本發明之一進一步目的係提供一種用於一物件之一表面之三維構形量測之系統，其係簡單組態，提供沿著垂直方向之足夠之平面中解析度及重複性且係模組化且緊湊的從而可擴展。 關於該方法之該物件藉由根據技術方案1或技術方案11之一方法達成。 關於該系統之該物件藉由根據技術方案23或技術方案33之一系統達成。 在根據本發明之用於一物件之一表面之光學三維構形量測之該方法中，圖案化照明透過一物鏡投影至該物件之該表面上。在該物件與該物鏡之間執行一相對移動。此相對移動之一方向包含相對於該物鏡之一光軸之一斜角。該物件之該表面在該相對移動期間通過該物鏡之焦平面；該物鏡之該光軸垂直該焦平面。在該相對移動期間，透過該物鏡記錄該表面之複數個影像。該圖案化照明之該圖案在該物鏡之該焦平面之最佳焦點處；在平行於該焦平面但沿著該光軸與該焦平面偏移之平面中，該圖案離焦。在該表面之一影像中，在該焦平面中之該表面之該等部分出現在該影像中之最佳焦點處；不在該焦平面中之該表面之部分出現離焦。在最佳焦點處之該表面上之一圖案(亦在最佳焦點處成像)具有一高對比度，而離焦之該表面上之一圖案(亦離焦成像)在該表面之一記錄影像中具有一減小之對比度。該對比度對沿著該光軸之該表面之部分之位置之此依賴性導致在該相對移動期間自該物件之該表面之此等部分記錄之該強度之一變化。自從該複數個影像中之該各自位置記錄之該強度之該變化導出該物件之該表面上之一各自位置之高度資訊。 該表面上之一位置之該高度係指該位置沿著垂直於該參考平面之一方向與一參考平面相距之距離。通常，該參考平面藉由該表面之該宏觀延伸界定；例如，一經製造晶圓在其表面上承載複數個微觀結構，然而，宏觀上，此表明表現為一平面表面且因此界定一平面。在執行該方法時，若該物件經正確對準，則該參考平面平行於該物鏡之該焦平面。該表面上之所有位置之高度給定該表面之該構形。歸因於該物鏡之該相對移動方向與該光軸之間的該斜角，相對於該物件之該表面之該圖案化照明之該圖案之該位置在該相對移動期間改變。此免除對單獨調變該圖案之需要(此在結構化或圖案化照明之先前技術方法中係必要的)且因此使該方法更易於實施。該物件與該物鏡之間的該相對移動(在該相對移動之過程中)造成照射於待量測之該表面上之任何特定位置上之光強度之一調變。在一方面，剛在上文中論述，此調變係歸因於該投影照明之該圖案與該表面之間的該相對移動，但重要的是，此調變含有一額外貢獻，該額外貢獻係歸因於當該物件相對於該物鏡移動時，特定位置處之該圖案之該對比度之改變。繼而，此導致自該複數個影像中之該各自位置記錄之該光強度之一調變。自經記錄之光強度之此調變導出每個各自位置之高度。該物件沿著該光軸之該各自位置(例如，表達為該光軸上之該位置，其中該參考平面與該光軸交叉，在此處已分別記錄該複數個影像之各者)係在分析中用以導出該高度資訊之資訊。 在尤其適用於藉由一電腦進行之該方法及資料分析之電腦驅動效能之一有利實施例中，該複數個影像之各者經記錄為一數位影像，換言之記錄為一像素陣列。藉由數位影像處理之該等影像之各者經偏移使得該物件之該表面上之一給定位置針對該複數個影像之所有影像對應於該像素陣列中之同一像素。此偏移補償在垂直於該物鏡之該光軸之一平面中之該物鏡與該物件之間的位移，該位移係歸因於該物件與該物鏡之間的該相對移動之該斜角。如此，自該物件之該表面上之一特定位置記錄之該光強度之該調變藉由表示陣列之一特定像素在該複數個影像之該等各種影像中呈現之值監測，該等值表示該偏移後所有記錄影像中之該表面上之位置。取決於該陣列中(即，在數位影像中)之像素數目及解析度要求，(例如)藉由求和或求平均值組合超過一個像素之值，且結果可視為針對該方法之該進一步過程對應於自該物件之該表面上之該各自位置記錄之光之強度。對複數個像素求平均值降低雜訊。例如，一NxN像素陣列之值可使用(例如) N=2、3、4或5求平均值。 在實施例中，藉由一圖案遮罩之非同調照明產生該圖案化照明。特定言之，該圖案遮罩可係一光柵。更具體言之，該光柵可係一振幅光柵或一相位光柵。可使用之光柵幾何結構之非限制性實例係一線光柵、一正弦光柵或一交叉線光柵。該光柵亦可係一炫耀光柵。更一般言之，該圖案遮罩可具有一棋盤狀圖案或一針孔陣列，而不限於此等選項。用於產生結構化照明之技術中已知之任何圖案亦適用於根據本發明之該方法。該光柵較佳地係機械的，例如，一經蝕刻金屬薄片或一金屬塗佈式玻璃結構(如同例如，玻璃上鉻(Cr))。 原則上，亦可考慮一空間光調變器用於產生該圖案化照明。然而，一圖案遮罩或光柵出於若干原因係較佳的：光柵可依明顯高於空間光調變器之解析度獲得，且不受像素計數限制；此在垂直於該光軸之該平面中之解析度及視野兩個方面係有利的。空間光調變器之可用(以及所設想)之像素計數遠少於攝影機(例如，基於CMOS之攝影機)之像素計數，該等攝影機可用於根據本發明方法記錄該物件之該表面之數位影像。此在本文中意謂，一空間光調變器將係主要限制，且因此應被避免。此外，能夠產生一特定最小波長(受像素計數限制)之一調變之空間光調變器遠比具有光柵之鄰線之間的低數倍的距離之光柵昂貴。 針對改良該物件之該表面上之該經投影圖案化照明之對比度，可有利地產生該圖案化照明，使得其僅含有依相等強度之一0繞射階及一個繞射階(例如，一個第1繞射階)。此可(例如)藉由使用一炫耀光柵達成。 在上文中一般描述且相對於特定實施例描述之本發明方法之步驟可有利地對複數個物件並行執行。如此，可增加處理量；由於該方法比先前技術之方法更易於實施，故此處理量增加亦可輕易且依比較低的成本達成。 在用於一物件之一表面之光學三維構形量測之根據本發明之方法之一進一步一般實施例中，圖案化照明及均勻照明透過一物鏡交替投影至該物件之該表面上。因此，存在在其等期間使用圖案化照明照明該物件之該表面之時間間隔，且存在在其等期間使用均勻照明照明該物件之該表面之時間間隔。 在該物件與該物鏡之間執行一相對移動。該相對移動之一方向包含沿著該物鏡之一光軸之一分量；該表面在該相對移動期間通過該物鏡之一焦平面。該光軸垂直於該焦平面。在該相對移動期間，透過該物鏡記錄該表面之複數個影像。自從該複數個影像中之該各自位置記錄之該強度之該變化導出該物件之該表面上之一各自位置之高度資訊。 該表面上之一位置之該高度係指該位置沿著垂直於該參考平面之一方向與一參考平面相距之距離。通常，該參考平面藉由該表面之該宏觀延伸界定；例如，一經製造晶圓在其表面上承載複數個微觀結構，然而，宏觀上，此表明表現為一平面表面且因此界定一平面。在執行該方法時，若該物件經正確對準，則該參考平面平行於該物鏡之該焦平面。該表面上之所有位置之高度給定該表面之該構形。沿著該光軸之該物件之該各自位置(例如，表達為該光軸上之該位置，其中該參考平面與該光軸交叉，此處已分別記錄該複數個影像之各者)係在分析中用以導出該高度資訊之資訊。 在該物件與該物鏡之間的該相對移動期間記錄之該複數個影像中，一些影像在該均勻照明下記錄且一些影像在該圖案化照明下記錄。在一實施例中，在該均勻照明下記錄之該複數個影像之影像用於導出該表面上之一鏡面結構之高度資訊，且在該圖案化照明下記錄之該複數個影像之影像用於導出鏡面結構之間的該表面之部分之高度資訊。例如，鏡面結構可係該表面上之焊料凸塊。接著，自在該均勻照明下記錄之該等影像導出有關該等焊料凸塊上之高度資訊，且自在該圖案化照明下記錄之該等影像導出有關該等焊料凸塊之間的該表面之高度資訊。在一特定實施例中，自該鏡面結構之一頂部部分之一影像之大小導出鏡面結構(如同例如焊料凸塊)之高度資訊。此大小在均勻照明下記錄之該等影像之間變化，該變化亦構成在各種影像中表示頂部部分之影像中之像素之一強度變化。可自此大小變化導出該鏡面結構之該頂部部分沿著該物鏡之該光軸之該位置且因此可間接獲得該鏡面結構之高度資訊。在最佳焦點處(即，當該鏡面結構之該頂部部分處於該焦平面中時)，該頂部部分之該影像之該大小係最小的。作為一替代例，一鏡面結構之高度資訊可自該相對移動之過程中之峰值像素強度獲得。若該鏡面結構之該頂部處於該物鏡之該焦平面中，則自該鏡面結構之該頂部記錄之該強度及因此亦對應於該鏡面結構之該頂部之該像素之該值係最高的。 在特定實施例中，該相對移動之該方向平行於該物鏡之該光軸。在此等實施例中，在數位影像之情況中，特定言之不需要該等記錄影像之一偏移(如上文提及)，此係由於不存在該物件垂直於該物鏡之該光軸之位移。該等經記錄數位影像之該像素陣列中之一給定像素將對應於無此一偏移之該物件之該表面上之相同位置。 在圖案化照明下之該物件之該表面之所記錄之影像中之該圖案化照明之該圖案之對比度在該相對移動之過程中變化，此係由於其取決於該表面之任何成像部分沿著該物鏡之該光軸具有之位置或該表面上之成像位置。若該表面之此部分或該表面上之位置處於該物鏡之該焦平面中，則對比度最佳。因此，可自該複數個影像中之該圖案之該對比度導出有關該表面之此部分或該表面上之位置之高度資訊。 在具有交替照明之實施例中，亦可藉由一圖案遮罩之非同調照明產生該圖案化照明。特定言之，該圖案遮罩可係一光柵。更具體言之，該光柵可係一振幅光柵或一相位光柵。可使用之光柵幾何結構之非限制性實例係一線光柵、一正弦光柵或一交叉線光柵。該光柵亦可係一炫耀光柵。更一般言之，該圖案遮罩可具有一棋盤狀圖案或一針孔陣列，而不限於此等選項。用於產生結構化照明之技術中已知之任何圖案亦適用於根據本發明之該方法。該光柵較佳地係機械的，例如，一經蝕刻金屬薄片或一金屬塗佈式玻璃結構(如同例如，玻璃上鉻(Cr))。 同樣地，且類似於僅具有一圖案化照明之實施例，為了改良該物件之該表面上之該經投影圖案化照明之對比度，可有利地產生該圖案化照明，使得其僅含有依相等強度之一0繞射階及一個繞射階(例如，一個第1繞射階)。此可(例如)藉由使用一炫耀光柵達成。 如同僅具有圖案化照明之實施例，該方法之步驟可有利地並行對複數個物件執行。如此，可增加處理量；由於該方法比先前技術之方法更易於實施，故此處理量增加亦可輕易且依比較低的成本達成。 一種用於一物件之一表面之光學三維構形量測之根據本發明之系統包括一圖案化照明源、一物鏡、一偵測器、及用於執行該物鏡與該物件之間的一相對移動之構件。 該物鏡經配置以將該圖案化照明引導至該物件之該表面，且亦經配置以將該物件之該表面成像至該偵測器上，該偵測器繼而經配置且經組態用於記錄該物件之該表面之複數個影像。該偵測器可(例如)係經組態以記錄數位影像之一攝影機之部分。該偵測器可(例如)基於CMOS或CCD技術。用於執行該物鏡與該物件之間的一相對移動之構件經組態，使得該相對移動之一方向包含相對於該物鏡之一光軸之一斜角。因此，足以實施能夠執行該物鏡與物件該之間的一維平移相對移動之構件。無需如先前技術中(例如)沿著用於使該物件之該表面成像之一物鏡之一光軸移動該物件，且另外無需(例如)藉由使用一空間光調變器或另外移動一光柵而調變該圖案化照明。 在實施例中，該圖案化照明源包含一光源及一圖案遮罩。特定言之，該光源可係一非同調光源(例如一或多個發光二極體(LED))。 在實施例中，該圖案遮罩(但不限於此)具有一棋盤狀圖案或一針孔陣列。亦可使用技術中已知用於產生圖案化照明之其他圖案。 特定言之，該圖案遮罩可係一光柵，更特定言之一振幅光柵或一相位光柵。該光柵可(例如)係一線光柵或一正弦光柵或一交叉線光柵。該光柵亦可係一炫耀光柵。該光柵較佳地係機械的，例如，一經蝕刻金屬薄片或一金屬塗佈式玻璃結構(如同例如，玻璃上鉻(Cr))。 在一有利實施例中，一光束分離器經配置使得該圖案化照明源與該物鏡之間的一照明路徑及該物鏡與該偵測器之間的一成像路徑兩者皆通過該光束分離器。特定言之，該物鏡可針對繞射限制效能進行校正，該校正亦將該光束分離器納入考慮。如此，達成高品質之一光學設備，同時此設備為相當緊湊且簡單的構形。因此，該設備可經實現為一低成本模組，且多個模組可經組合成用於對複數個物件並行執行3D構形量測之一裝置。 藉由將該圖案遮罩及該偵測器放置於共軛平面中而獲得成像誤差之一進一步減少及因此最終獲得量測精確度之一增大。 在用於一物件之一表面之光學三維構形量測之系統之一進一步一般實施例中，該系統包括一圖案化照明源及一均勻照明源兩者、一物鏡、一偵測器、及用於執行該物鏡與該物件之間的一相對移動之構件。 該物鏡經配置以將該圖案化照明及該均勻照明兩者引導至該物件之該表面，且使該物件之該表面成像至該偵測器上，該偵測器繼而經配置且經組態用於記錄該物件之該表面之複數個影像。該偵測器可(例如)係經組態以記錄數位影像之一攝影機之部分。該偵測器可(例如)基於CMOS或CCD技術。用於執行該物鏡與該物件之間的一相對移動之構件經組態使得該相對移動之一方向包含沿著該物鏡之一光軸之至少一分量。該系統可經組態使得該圖案化照明源及均勻照明源可獨立於彼此啟動。 在實施例中，該圖案化照明源包含一光源及一圖案遮罩。特定言之，該光源可係一非同調光源(例如一或多個發光二極體(LED))。 在實施例中，該圖案遮罩(但不限於此)具有一棋盤狀圖案或一針孔陣列。亦可使用技術中已知用於產生圖案化照明之其他圖案。 特定言之，該圖案遮罩可係一光柵，更特定言之一振幅光柵或一相位光柵。該光柵可(例如)係一線光柵或一正弦光柵或一交叉線光柵。該光柵亦可係一炫耀光柵。該光柵較佳地係機械的，例如，一經蝕刻金屬薄片或一金屬塗佈式玻璃結構(如同例如，玻璃上鉻(Cr))。 在一有利實施例中，一光束分離器經配置使得該物鏡與該偵測器之間的一成像路徑及圖案化照明源與該物鏡之間的一照明路徑及均勻照明源與該物鏡之間的一照明路徑之至少一者通過該光束分離器。特定言之，圖案化照明源與該物鏡之間的該照明路徑及均勻照明源與該物鏡之間的該照明路徑兩者可通過該光束分離器。該物鏡可針對繞射限制效能進行校正，該校正亦將該光束分離器納入考慮。如此，達成高品質之一光學設備，同時此設備為相當緊湊且簡單的構形。因此，該設備可經實現為一低成本模組，且多個模組可經組合成用於對複數個物件並行執行3D構形量測之一裝置。 藉由將該圖案遮罩及該偵測器放置於共軛平面中而獲得成像誤差之一進一步減少及因此最終獲得量測精確度之一增大。 在一實施例中，該物件與該物鏡之間的該相對移動方向平行於該物鏡之該光軸。 根據本發明之一系統一般可包含或連接至用於控制該系統及/或執行與一物件之一表面之該三維構形量測相關之資料分析之一或多個電腦。特定言之，該系統可用於且經適當控制以執行根據本發明之方法之任何實施例。該一或多個電腦可係任何適當已知資料處理設備，嵌入式或非嵌入式、單一處理器、多處理器、單核心、多核心；多個電腦可並行工作以執行該系統之控制及/或資料分析，且可經由一局部連接或經由一資料網絡(如同網際網路)彼此連接且連接至該系統。
相關申請案之交叉參考 此申請案主張2016年2月1日申請之美國臨時申請案US 62/289,889之優先權，該案之全部內容以引用的方式包含於本文中。 相同元件符號係指貫穿各種圖式之類似功能之相同元件(或諸元件)。此外，僅在圖式中展示各自圖式之描述所必要之元件符號。所展示實施例僅表示可如何實行本發明之實例。此不應被視為限制本發明。 圖1展示用於一物件2之一表面21之3D構形量測之一系統1之一實施例。系統1具有一圖案化照明源3；在展示之實施例中，圖案化照明源3具有一光源31 (例如，一或多個LED)、聚光器光學器件32及一圖案遮罩33。物件2之表面21之圖案照明藉由將圖案遮罩33投影至表面21上而產生。更精確言之，在所展示之實施例中，來自光源31之光在通過聚光器32及圖案遮罩33之後到達光束分離器4，該光束分離器4將光之至少一部分引導向物鏡5，光通過該物鏡5到達物件2之表面21。接著來自表面21之光通過物鏡5且到達光束分離器4，該光束分離器4將來自表面21之光之一部分引導至一偵測器61，該偵測器(如在此展示)可係一攝影機6之部分。物鏡5界定一光軸51及一焦平面52；光軸51垂直於焦平面52。經投影之圖案遮罩33在焦平面52中之最佳焦點處。 經由偵測器61，記錄表面21之複數個影像，同時在物件2與物鏡5之間執行一相對移動。物件2與物鏡5之間的相對移動之一方向22包含相對於光軸51之一斜角23。在相對移動期間，物件2之表面21通過物鏡5之焦平面52。在系統1之此宏觀視圖中，焦平面52展示為與物件2之表面21重合。位於焦平面中之表面21之部分出現在經由偵測器61記錄之表面21之影像中之最佳焦點處。歸因於相對移動之方向22與光軸51之間的斜角23，圖案化照明之圖案相對於物件2之表面21移動；另外，當在沿著方向22之相對移動之過程中表面21通過焦平面52時，如表面之影像中記錄之圖案之對比度改變。因此，自表面21上之一位置記錄之光強度在複數個影像之影像之間變化。從光強度之此變化，可獲得表面21上之各自位置之高度資訊。為完整性起見，吾人指出，(例如)可藉由移動物件2或藉由移動系統1或藉由移動物件2及系統1兩者達成物件2與物鏡5之間的相對移動。 圖2係物件2之表面21之一部分之一示意性放大視圖，其展示表面21一般並非平坦的，而是具有如同例如***24之結構。本發明之3D構形量測關注獲得有關此等結構(在此處針對***24明確展示)之一高度25之資訊之目標。***24之高度25理解為沿著垂直於參考平面26之一方向之相對於一參考平面26之***24之延伸。亦展示物鏡5之光軸51及相關焦平面52 (見圖1)。若物件2在系統1中正確對準，則焦平面52平行於參考平面26，且因此，光軸51垂直於焦平面52及參考平面26兩者。 圖3係物件2之表面21之一俯視圖，其展示來源於圖案化照明源3 (見圖1)之一投影圖案34。在所展示之實例中，且參考前述圖，物件2相對於物鏡5沿著方向22移動，使得此相對移動具有在參考平面26中之一分量221。因此，圖案34相對於物件2之表面21在與分量221相反之方向35上移動。此意味著，在相對移動期間，入射於表面21上之一給定位置上之光強度將變化，且因此，自此位置記錄之光強度將在藉由攝影機6記錄之表面21之影像之間變化。 圖4a展示一物件2、參考平面26及一物鏡5之一光軸51 (見圖1)；光軸51垂直於參考平面26。物件2具有部分271及272，其等之高度值相對於參考平面26相差一量251，故物件2具有一階27。在圖4b中，如藉由根據本發明之方法獲得之對應強度信號在一圖中展示。在圖中，橫座標81對應於物件2沿著光軸51之一位置，且縱座標82對應於在相對移動期間自物件2上之一位置(此處更精確言之自階之位置)記錄之光強度。光強度展示顯著調變之兩個部分273及274。假定在所展示之情況中，沿著橫座標81之增大之值對應於物件朝向物鏡之一移動，調變部分273起因於部分271 (比部分272具有更大高度，更靠近物鏡)通過物鏡之焦平面，且調變部分274起因於部分272通過物鏡之焦平面。橫座標81上之調變部分273及274之最大值之位置之間的差對應於物件2之部分271及272之間的高度差251。光強度中之高頻率調變(尤其在調變部分273及274內可辨別)起因於圖案及物件與物鏡之間的相對移動之組合效應。例如，若圖案係一線圖案，則當圖案之亮線及暗線越過圖4a之物件2之階27時，產生此等高頻率調變。另一方面，此等高頻率調變之振幅藉由物件之表面上(此處更精確言之分別在物件2之部分271及272上)之線圖案之對比度判定。若部分271或272分別在物鏡5之焦平面52中，則對比度係最高的，且因此，高頻率調變之振幅係最高的(見圖1及圖2)。 圖5展示如可用於根據本發明之方法之一照明分支之一光學組態。未展示如在圖1中之光束分離器及攝影機。在圖5中展示之光學組態用於論述此領域中之量測不確定性及可能改良，此係由於高度之精確量測係本發明所必需的。 展示(如在圖1中)光源31、聚光器32、光柵33、具有光軸51之物鏡5及物件2之表面21。物鏡5包含光瞳53，該光瞳53界定一成像數值孔徑(成像NA) 54。亦指示照明NA 36。 針對下列論述，吾人引入笛卡爾(Cartesian)座標，沿著光軸51之座標z及垂直於其之座標x。 在垂直於光軸51之任何平面中，投影至平面上之光柵之一影像之強度I可表達為
Figure 02_image001
此處，C(z)指定依據z之強度調變之振幅，Λ係光柵節距(即，光柵33之兩個鄰近線之間的距離)，且Φ係一相移。為量測對比度且最終判定調變部分(如同在圖4b中展示之273及274)之最大值，條紋圖案在x方向上偏移，此在根據本發明之方法中藉由物件與物鏡之間的相對移動之斜角完成，亦見圖3中之箭頭35。在一個光柵節距之距離中進行數目M個此等條紋圖案偏移，或換言之，在該圖案歸因於相對移動而偏移達一個光柵節距的同時，記錄M個影像。對應強度值(例如)係
Figure 02_image003
其中m係計數條紋圖案偏移，1≤m≤M。M之最大值為3，但較佳地，M為4或甚至更高。條紋對比度可自「M桶」演算法評估，藉由下列計算步驟描述：
Figure 02_image005
例如，若使用一一維正弦光柵，則依據z之光柵之投影影像之對比度近似於以下改變
Figure 02_image007
其中NAi 係照明之數值孔徑36，NA係成像數值孔徑54，λ係用於照明之光之波長(或平均波長)，且C0 係最佳焦點處之最大條紋對比度。 誤差傳播理論產生條紋對比度之變化之下列表達式
Figure 02_image009
其可展示為給定
Figure 02_image011
此處，＜σI ＞係像素強度之平均雜訊，且＜σI ＞/I0 係感測雜訊限制情況中之偵測器動態範圍之倒數，及散粒雜訊限制情況中之感測器之最大阱容(full well capacity)之平方根之倒數。 在峰值之64%處之焦點回應之斜率可用於估計量測重複性，給定
Figure 02_image013
其中N為焦點深度中之z階之數目。接著，量測重複性可表達為
Figure 02_image015
其中Nt =MN指示量測之總數目，其起因於N個z階之各者處之M個條紋偏移，其中一z階係當投影圖案歸因於物件與物鏡之間的相對移動而移動達一個光柵節距時，沿著光軸51之位置改變。 開發此誤差傳播模型之目的在於展示光學器件參數如何影響在一基礎位準下之效能，故其在忽略機械運動誤差及感測器雜訊的理想條件下導出。此模型表示最佳情況場景。量測重複性之前述方程式展示，可藉由以下改良量測重複性： 1.更小之光柵節距(Λ) 2.更高之條紋對比度(C0 ) 3.更高之照明數值孔徑(NAi )，其受光學器件限制 4.更高之影像動態範圍之倒數，其受感測器限制 5.更大之量測數目，其受資料速率及處理量限制。 因此，更小之光柵節距及更高之光柵對比度係較佳的。然而，光柵節距及條紋對比度一般係兩個矛盾之要求，此係因為條紋對比度隨著更小之光柵節距減小，如在圖6中針對具有一圓形孔徑之一非同調成像系統之光學轉移函數展示。在圖6中，光柵節距展示為光柵之空間頻率，其依所使用之最大空間頻率正規化。高空間頻率意謂每單位長度之許多光柵線，且因此意謂光柵之相鄰線之間的一小距離(即，一小光柵節距)。 針對非同調照明，依據光柵節距之條紋對比度藉由以下給定：
Figure 02_image017
依據光柵節距之量測重複性誤差藉由將此等方程式及σz 之前述方程式組合獲得；在圖7中描繪結果。最佳光柵節距比截止節距Λmin 之兩倍大一點，為簡明起見，其經寫作：
Figure 02_image019
因此，針對全NA照明及散粒雜訊限制情況，量測重複性藉由以下給定：
Figure 02_image021
且在散粒雜訊限制情況中：
Figure 02_image023
此處，Ne 指示成像感測器之最大阱容。此為最佳場景情況，來展示量測效能之基本限制。實際量測通常受主要來自z定位穩定性之機械雜訊限制。 如自圖6可見，在最佳光柵節距處(在截止頻率之一半處)之投影光柵對比度約為40%，其藉由一非同調成像系統之調變轉移函數(MTF)給定。低對比度係在光柵投影於其上之物件平面處之繞射階之未平衡混合之一結果。此在圖8及圖9中進一步繪示。 圖8展示聚光器32、光柵33、具有光軸51及光瞳53之物鏡5及物件2。亦指示如投影在物件2上所出現之焦點深度28及光柵節距331。指示第0、+1及-1係指0繞射階，以及兩個一階繞射。假定此處之光柵具有等於用於照明之光之波長除以光瞳53之數值孔徑之一節距。 圖9展示，針對圖8之設備，對於照明光瞳上之任何給定點，僅兩個一階繞射之一者(即，+1或-1)通過光學器件，而另一者繞射至光瞳之外側。因此，物件2之表面上之光柵33之影像自繞射階0及+1形成，或自繞射階0及-1形成，其等藉由干涉再產生光柵之影像。由於對於一標準光柵，在一階之一者中之光之強度低於0階中之光之強度，故光柵之所得影像具有一低對比度。 圖10展示如何改良對比度。展示聚光器32、光柵33、具有光瞳53之物鏡5及物件2。亦指示如出現在物件2上之焦點深度28及光柵節距331。假定此處之光柵33具有等於用於照明之光之波長除以光瞳53之數值孔徑之一節距。此處之光柵33係使得其產生繞射階0及僅一個一階繞射(此處為-1)，其中0繞射階及單一一階繞射具有相等之強度。此可(例如)使用一炫耀光柵達成。 圖11展示，憑藉圖10之設備，藉由0繞射階及在所展示的情況中繞射階-1之干涉形成光柵之影像。由於此兩個繞射階在圖10之設備中具有相等強度，故光柵之所得影像相較於圖9中展示之情形具有一改良對比度。實際上，對比度可經改良至100%，導致量測精確度之超過2倍之一對應改良。圖10之設備之若干變化係可能的，例如一離軸孔徑。 注意，不以延長的焦點深度作為代價獲得改良對比度。如在圖8及圖10中展示，幾何焦點深度(如在圖8中之非同調照明及圖10中展示之部分同調離軸照明兩者之情況中界定為與光柵對比度已降低至最大值一半之最佳焦點之位置之距離)約為Λ/NA。例如，針對其中照明之數值孔徑NAi 遠小於成像數值孔徑NA之幾乎同調照明，條紋節距可在λ/(2NA)之最小值(對應於最大空間頻率)且仍具有100%之一條紋對比度。其中投影光柵之對比度在一實際上無限大的焦點範圍內保持100%之一系統將不具有對一鏡面反射表面之高度敏感性。 圖12展示用於一物件2之一表面21之3D構形量測之一系統100之一實施例。系統100具有一圖案化照明源3；在展示之實施例中，圖案化照明源3具有一光源31 (例如，一或多個LED)、聚光器光學器件32及一圖案遮罩33。系統100亦具有一均勻照明源7；在展示之實施例中，均勻照明源7具有一光源71 (例如，一或多個LED)及聚光器光學器件72。一構件73 (例如，一光束分離器，如同一半透明鏡)經提供用於將來自均勻照明源7之光及來自圖案化照明源3之光兩者引導至光束分離器4。光束分離器4將光之至少一部分引導向物鏡5，光通過該物鏡5到達物件2之表面21。接著，來自表面21之光通過物鏡5且到達光束分離器4，該光束分離器4將來自表面21之光之一部分引導至一偵測器61，該偵測器61(如在此展示)可係一攝影機6之部分。物鏡5界定一光軸51及一焦平面52；光軸51垂直於焦平面52。在物件2之表面21上，展示一結構，其特定言之可係一鏡面結構且在此處具體言之為一焊料凸塊9。 藉由交替操作光源31及71，提供物件2之表面21之一交替照明。若操作光源71 (即，使其發光)，則物件2之表面21之照明係均勻的。若操作光源31 (即，使其發光)，則物件2之表面21之照明經圖案化。 當在物件2與物鏡5之間執行一相對移動時，經由偵測器61記錄表面21之複數個影像。當表面21經受均勻照明時記錄複數個影像之一些影像，且當表面21經受圖案化照明時記錄複數個影像之一些影像。在此實施例中，物件2與物鏡5之間的相對移動之一方向22平行於光軸51。在相對移動期間，物件2之表面21通過物鏡5之焦平面52。在系統100之此宏觀視圖中，焦平面52展示為與物件2之表面21重合。 由於在所展示之實施例中，相對移動之方向22平行於物鏡5之光軸51(與圖1之實施例形成對比)，故不存在投影圖案相對於物件2之表面21的偏移。圖12之實施例尤其以檢測具有焊料凸塊之表面為目標。焊料凸塊通常在表面21上以陣列佈局，在圖12中僅展示一個代表性焊料凸塊9。在其中焊料凸塊之間的距離大於投影至表面上之圖案(例如，光柵)之節距之焊料凸塊之間的區域中，可在不需要圖案相對於表面之一偏移的情況下自投影圖案之對比度量測焊料凸塊之間的表面之高度。此意味著不需要針對沿著光軸51之物件2與物鏡5之間的各相對位置記錄複數個影像，此在先前技術中係必要的。 在此實施例中，從在圖案化照明下記錄之影像判定焊料凸塊9之間的表面高度，而從在均勻照明下記錄之影像判定焊料凸塊9之高度。 吾人注意，雖然在圖12中展示之實施例中，圖案化照明源3及均勻照明源7各具有一光源，但此並非本發明之一限制。可設想其中圖案化照明源3及均勻照明源7使用一共用光源之實施例。在此一情況中，適當構件經提供用於達成藉由圖案化及均勻照明對物件之表面之交替照明。此等構件可(例如)係可切換傳輸之過濾器，使得可交替阻擋自光源分別至用於圖案化照明源及均勻照明源之進一步元件之一光路徑。亦可藉由控制各自過濾器之傳輸而控制來自各自照明源之光強度。或者，構件亦可使得其等收集來自光源之光且交替地將其分別引導至圖案化照明源及均勻照明源之進一步元件。 圖13繪示當使一焊料凸塊9 (此處具有半徑r)成像時之一光學情形。結果係歸因於反射式焊料凸塊9之表面曲率，僅可使凸塊頂部之一小部分成像。對偵測器可見之凸塊頂部之大小取決於照明數值孔徑及成像數值孔徑兩者。在全數值孔徑(NA)照明下，對偵測器可見之凸塊頂部之全寬半高半徑藉由D=rNA給定。光學NA需足夠大以提供足夠之光學解析度使得可精確量測一陣列佈局中之個別凸塊。凸塊佈局通常為凸塊間距對凸塊直徑之1:1比率，因此成像點擴散函數(PSF)需為凸塊半徑之數量級以避免相鄰凸塊之間的光學串擾。因此，最小NA為:
Figure 02_image025
且接著，一可見凸塊頂部之對應最小直徑為 Dmin
Figure 02_image027
λ 針對裝置構形檢測，典型NA約為NA=0.1-0.3以便具有一大場大小以使整個裝置成像且亦達成高處理量，故可見凸塊頂部小於光學PSF，因此可視為成像系統之一點目標。在此情況中，凸塊頂部自身之影像之峰值像素強度或大小可用於高度量測，此係由於其緊密遵循成像點擴散函數如何隨著焦點改變。 圖13展示，雖然凸塊9之表面之一點P仍可經受通過光瞳53之照明，但自此點P反射之光並不通過光瞳53，且因此不到達偵測器61 (見圖12)。因此，焊料凸塊9之表面之點P在藉由偵測器61記錄之一影像中係不可見的。自圖13應瞭解，反射光之此未通過光瞳53主要歸因於與凸塊9之表面之曲率組合之反射之鏡面性質。 圖14展示圖12中展示之系統之一操作序列，其繪示藉由圖12中之圖案化照明源3及均勻照明源7產生之交替照明。圖之橫座標展示一位置z，該位置z係在沿著方向22之移動期間物件2沿著物鏡5之光軸51之位置(見圖12)。縱座標展示分別藉由光源31及71發射之光之強度。具有一棋盤狀圖案之一正方形143代表圖案化照明源3之操作(圖案不限於棋盤狀)，且一空白正方形147代表均勻照明源7之操作。圖中從正方形指向條144、148之箭頭指示沿著光軸之移動階段，在其期間各自照明源在作用中。故圖案化照明源3在作用中，即，對沿著光軸51之移動之階段(其中在圖中展示條144)提供照明，且均勻照明源7在作用中，即，對沿著光軸51之移動之階段(其中在圖中展示條148)提供照明。 條144指示高於條148之圖案化照明源3中之光源31之一強度，該條148給定均勻照明源7中之光源71之強度。此將展示，光源之強度可依表面21之部分(分別對其等執行量測)之性質調適。對於對鏡面焊料凸塊之量測而言，與對焊料凸塊之間的表面之量測相比，一更低強度一般係足夠的。 僅出於繪示之目的，圖15展示均勻照明下之焊料凸塊及圖案化照明下之焊料凸塊之間的表面21之一組合影像151。亦展示兩個圖。圖157依據z位置(即，沿著平行於光軸51之方向22 (見圖12)之位置)給定自一焊料凸塊9記錄之強度。圖153依據z位置給定自焊料凸塊9之間的表面21量測之對比度。在圖157中展示之強度在一z位置158處具有一最大值，在圖153中展示之對比度在一z位置159處具有一最大值。此等z位置158、159 (其中出現各自最大值)係焊料凸塊9之頂部(最大值158)及表面21 (最大值159)分別通過焦平面52 (見圖12)之z位置。因此，此等z位置158及159之間的差155係焊料凸塊9之高度。 針對進入圖153之對比度值之判定而言，若投影圖案係與偵測器61之像素大小匹配之一棋盤狀圖案(見圖12)，則此等可自2x2個像素之一最小值計算。亦可使用一更大之像素面積，即，一NxN像素面積，其中N＞2。選擇通常將取決於凸塊9之間的距離及垂直於光軸51之空間解析度要求。更大之像素面積導致經計算之對比度之更高精確度，但顯然導致垂直於光軸51之更低空間解析度。 圖16展示對於具有小曲率之一表面(如同一焊料凸塊)之根據本發明之方法中之像素回應(例如，表示藉由偵測器之對應像素記錄之光強度之一像素之值)。在圖之左側，五個影像針對一半球163與一焦點165之間的不同相對位置展示經引導至焦點165 (僅在兩個影像中指示)，照射於半球163 (焊料凸塊)上之光線164。右側圖給定縱座標162上之像素回應，而橫座標161給定半球163與焦點165之間的相對位置。箭頭指示圖中之像素回應之哪些部分對應於左側五個影像之哪個影像。 如可見，像素回應具有兩個最大值。具有橫座標161之更小值之最大值對應於其中光線164之焦點165處於半球163之頂部處之情形，如在左側自下第二影像中展示。在一量測中，此情形在焊料球之頂部處於物鏡5之焦平面52中(見圖12)中時發生。第二最大值在光線164之焦點165與半球163之中心重合時發生，如在左側自上第二影像中展示；注意，光線164實際上並不穿透至半球163中，而在其表面被反射。當執行一量測時，物件2與物鏡5之間的相對移動之方向已知；因此，明顯瞭解兩個峰值之哪一者對應於焦平面52中之一焊料球之一頂部。另一峰值可用於量測凸塊頂部表面之曲率，此繼而可用於校準目的以改良量測準確性。 圖17展示用於產生圖案化照明之圖案遮罩之若干實例。此等圖案遮罩可用於圖1中展示之類型之實施例(僅具有圖案化照明)及圖12中展示之類型之實施例(具有交替之圖案化及均勻照明)兩者中。本發明不限於此處展示之圖案遮罩之類型。所展示之特定實例係一正弦光柵(A)、一棋盤狀(B)、一線狀網格或交叉線光柵(C)及一針孔陣列(D)。 圖18展示用於一物件2之一表面21之3D構形量測之一系統200之一實施例。所展示之實施例非常類似於圖12中展示之系統100之實施例，其中已經論述出現在圖18中之多數元件。在系統200中，一光瞳遮罩經包含於均勻照明源7中。光瞳遮罩74充當一照明孔隙。一照明孔隙可改良各種特徵形狀之影像對比度及焦點回應。亦在圖18中展示光瞳遮罩74之可能形狀之兩個非限制性實例。光瞳遮罩實例741係一環形孔隙，光瞳遮罩實例742係一圓形孔隙。 圖19展示一光學器件模組300，其係根據本發明之一系統之一實施例且因此可用於執行本發明。此處展示之光學器件模組300之組態類似於圖1中展示之系統1之組態；亦可設想基於圖12之系統100及圖18之系統200之組態之一光學器件模組。 一圖案化照明源3包含一光源31、一聚光器32及一圖案遮罩33。光自圖案化照明源3到達光束分離器4，該光束分離器4將光之一部分引導至物鏡5，該光從該物鏡5到達物件2且提供物件2之表面21之一圖案化照明。物鏡5包含一光瞳53。來自表面21之光通過物鏡5及光束分離器4，且接著到達攝影機6中之偵測器61。偵測器61用於在物件2與物鏡5之一相對移動期間記錄表面21之複數個影像，如已在上文中論述。 模組300係緊湊且簡單的，因此適用於並行檢測多個物件。為提供一非常特定而非限制性的實例，物鏡5可具有一22 mm場直徑、0.2之一NA，且可針對通常30nm波長頻寬之LED照明校正；此係較佳的，此係由於一或多個LED通常用作光源31。NA足夠大以達成次微米量測精確度且場大小可覆蓋待檢測之物件之大部分大小。成像側中之光束分離器立方4將照明路徑與成像路徑分離，且係透鏡設計之一整合部分。此係遠比習知成像顯微鏡簡單且緊湊之設計，該等習知成像顯微鏡具有一單獨物鏡及管透鏡，且針對該等習知成像顯微鏡，光柵投影需要一額外管透鏡，此係由於照明及成像路徑在物鏡與管透鏡之間的準直空間處分離。此設計之另一優勢在於圖案遮罩33及偵測器61位於完全共軛之平面，因此，剩餘場失真被抵消且投影圖案之取樣頻疊被消除。設計亦在物件及影像側兩者上係遠心的以最小化跨焦(through focus)信號失真。 圖20展示用於多個物件2之並行檢測之一系統400。物件2藉由取置裝置402放置於一輸送機401上。輸送機401將物件2攜載至且通過檢測模組404之一配置403；在所展示之特定實例中，系統400具有三個檢測模組404。各物件2藉由一個檢測模組404檢測。各檢測模組404對其用來檢測之各物件2執行根據本發明之一方法。亦可設想，系統400經組態使得檢測模組404之數目可變化，即，檢測模組404可取決於待檢測之物件2之數目及處理量要求而添加至系統400或自系統400移除。 各檢測模組404可(例如)係如在圖19中描述之一模組300，但亦可係(例如)在圖1中論述之一系統1、在圖12中論述之一系統100或在圖18中論述之一系統200。一般言之，檢測模組404可係在圖1至圖19之內容背景中論述之根據本發明之任何系統以及經組態以執行根據本發明之一方法之任何系統。檢測模組404可使用基於一圖案化照明及物件與物鏡之間的一相對移動(其係依該相對移動之方向與物鏡之光軸之間之一斜角)之根據本發明之方法或交替採用一圖案化照明及一均勻照明之根據本發明之方法。 在以上描述中，給定諸多特定細節以提供對本發明之實施例之一通透理解。然而，本發明之所繪示實施例之以上描述並不意在係窮盡性或將本發明限於揭示之精確形式。熟習相關技術者將認識到，本發明可在無一或多個特定細節的情況下或使用其他方法、組件等來實踐。在其他例項中，未詳細展示或描述熟知之結構或操作以避免使本發明之態樣模糊。如熟習相關技術者將認識到，雖然出於繪示性目的在本文中描述本發明之特定實施例及實例，但各種等效修改在本發明之範疇內係可能的。 鑑於以上實施方式，可對本發明做出此等修改。在隨附發明申請專利範圍中使用之術語不應解釋為將本發明限於說明書及發明申請專利範圍中揭示之特定實施例。實情係，本發明之範疇將由根據發明申請專利範圍解釋之既定規則來理解之隨附發明申請專利範圍判定。
1‧‧‧系統2‧‧‧物件3‧‧‧圖案化照明源4‧‧‧光束分離器5‧‧‧物鏡6‧‧‧攝影機7‧‧‧均勻照明源9‧‧‧焊料球21‧‧‧物件表面22‧‧‧相對移動方向23‧‧‧斜角24‧‧‧***25‧‧‧高度26‧‧‧參考平面27‧‧‧階28‧‧‧焦點深度31‧‧‧光源32‧‧‧聚光器33‧‧‧圖案遮罩34‧‧‧圖案35‧‧‧圖案相對於表面之移動方向36‧‧‧照明孔隙51‧‧‧光軸52‧‧‧焦平面53‧‧‧光瞳54‧‧‧成像孔隙61‧‧‧偵測器71‧‧‧光源72‧‧‧聚光器73‧‧‧構件(光束分離)74‧‧‧光瞳(照明孔隙)81‧‧‧橫座標82‧‧‧總座標100‧‧‧系統143‧‧‧棋盤狀正方形144‧‧‧條147‧‧‧空白正方形148‧‧‧條151‧‧‧組合影像153‧‧‧圖155‧‧‧高度差157‧‧‧圖158‧‧‧最大值(強度)159‧‧‧最大值(對比度)161‧‧‧橫座標162‧‧‧縱座標163‧‧‧半球164‧‧‧光線165‧‧‧焦點200‧‧‧系統221‧‧‧相對移動之分量251‧‧‧高度差271‧‧‧表面之部分272‧‧‧表面之部分273‧‧‧光強度之部分274‧‧‧光強度之部分300‧‧‧模組331‧‧‧光柵節距400‧‧‧系統401‧‧‧輸送機402‧‧‧取置裝置403‧‧‧(檢測模組之)配置404‧‧‧檢測模組741‧‧‧環形孔隙742‧‧‧圓形孔隙A、B、C、D‧‧‧圖案遮罩實例Dmin‧‧‧可見焊料球頂部之最小直徑P‧‧‧焊料球表面上之點
現將在結合隨附示意圖式進行之本發明之下列詳細描述中更充分描述本發明之性質及操作模式。 圖1展示用於一物件之一表面之3D構形量測之一系統之一實施例。 圖2係物件之表面之一示意性放大圖。 圖3係具有一投影圖案之物件之表面之一俯視圖。 圖4a展示階梯狀形狀之一物件。 圖4b展示使用根據本發明之方法自如同在圖4a中之一物件獲得之光強度信號。 圖5繪示如用於根據本發明之方法及系統中之一光學組態。 圖6展示依據一光柵之空間頻率之對比度。 圖7展示依據光柵節距之重複性。 圖8展示結合繞射階之一光學設備。 圖9展示相對於圖8之設備之成像光瞳之繞射階之位置。 圖10展示結合繞射階之一光學設備。 圖11展示相對於圖10之設備之成像光瞳之繞射階之位置。 圖12展示用於一物件之一表面之3D構形量測之一系統之一實施例。 圖13繪示當使一焊料凸塊成像時之一光學情形。 圖14展示用於圖12中展示之一物件之一表面之3D構形量測之一系統之實施例之一操作序列。 圖15展示如何自在圖14中展示之操作序列獲得高度量測。 圖16展示針對小曲率之一表面之像素強度與照明焦點相對於物件之位置之間的一關係。 圖17展示用於產生圖案化照明之圖案遮罩之若干實例。 圖18展示用於一物件之一表面之3D構形量測之一系統之一實施例。 圖19展示用於執行根據本發明之方法之一光學器件模組。 圖20展示用於多個物件之並行檢測之一系統。
1‧‧‧系統
2‧‧‧物件
3‧‧‧圖案化照明源
4‧‧‧光束分離器
5‧‧‧物鏡
6‧‧‧攝影機
21‧‧‧物件之表面
22‧‧‧相對移動之方向
23‧‧‧斜角
31‧‧‧光源
32‧‧‧聚光器
33‧‧‧圖案遮罩
51‧‧‧光軸
52‧‧‧焦平面
61‧‧‧偵測器

Claims (10)

  1. 一種用於一物件之一表面之光學三維構形量測之系統，該系統包括：一圖案化照明源；一物鏡，其包含垂直該物件之該表面之一宏觀延伸(macroscopic extension)之一光軸，且經配置以將該圖案化照明引導至該物件之該表面；一光學偵測器，其經配置且組態用於在該物件相對於該物鏡之移動期間透過該物鏡記錄該物件之該表面之複數個影像，該物鏡係在沿著相對於該物鏡之該光軸之一斜角之一方向上，其中該物件之該表面上之一位置係在該複數個影像之一或多個影像中；一電腦，其連接至該光學偵測器且經組態以基於該複數個影像之光強度之差而判定該物件之該表面上之該位置之高度資訊，其中該光強度沿著該方向改變。
  2. 如請求項1之系統，其中該圖案化照明源包含一光源及一圖案遮罩。
  3. 如請求項2之系統，其中該圖案遮罩具有一棋盤狀圖案或一針孔陣列。
  4. 如請求項2之系統，其中該圖案遮罩係一光柵。
  5. 如請求項4之系統，其中該光柵係一振幅光柵或一相位光柵。
  6. 如請求項4之系統，其中該光柵係一線光柵或一正弦光柵或一交叉線光柵。
  7. 如請求項4之系統，其中該光柵係一炫耀光柵。
  8. 如請求項2之系統，其中該圖案遮罩及該偵測器處於共軛平面中。
  9. 如請求項1之系統，其中一光束分離器經配置使得在該圖案化照明源與該物鏡之間的一照明路徑及在該物鏡與該偵測器之間的一成像路徑兩者皆通過該光束分離器。
  10. 如請求項9之系統，其中該物鏡經定位以校正由該光束分離器所造成之繞射。
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