[发明专利]共焦形貌测量系统及共焦形貌侦测方法

说明书

本发明公开了一种共焦形貌测量系统以及一种共焦形貌侦测方法。本发明利用精密参考深度位移进行各个深度所对应光谱影像图案的记录，以形成具有多个光谱影像图案数据库。再根据每一个感测阵列所得到的多个测物光所形成关于一位置的光谱影像图案，与多个光学比对样本信息的正归化影像匹配运算，以决定对应该光谱影像图案的被测位置的深度信息。同时，光谱影像图案可以由滤波元件的波长分布特性，由数字离散光学图谱转成模拟连续光学图谱，再进行测量光谱影像图案与多个光学的正归化影像匹配运算，以决定对应该光谱影像图案的位置的精密深度信息。

技术领域

本发明为一种共焦侦测技术，特别是指一种可以降低测量中移动振动干扰而得到关于对象表面形貌的共焦系统及其共焦表面形貌侦测方法。

背景技术

彩色共焦显微系统是测量对象表面形貌的方法之一，可以测量机械或半导体结构中的阶高、线宽、沟槽宽度以及深度等信息，进而作为制程改进或合格率检测的重要依据。本技术最早是由马文·闵斯基(Marvin Minsky)在1957年提出。彩色共焦的原理是将入射光色散，形成具有不同连续聚焦深度的多个侦测光，形成光学式垂直扫描的测量机制，应用这种方式来侦测待测物，可以获得不同深度的光学切片影像，通过针孔(pinhole)进行失焦信号的过滤，将聚焦区外的反射光与散射光滤除，保留聚焦面信息，并由计算机将不同深度所得的光学切片影像重建起来，即可求得待测物的三度空间影像信息。

虽然彩色共焦的侦测光因为具有不同的连续聚焦深度，从而可以免除传统垂直扫描时，因为垂直移动机构的运动对测量机台所造成的振动问题，但是仍然有几个部分有待解决的部分：

第一、失焦光和杂散光重迭而产生横向干扰(cross talk)的噪声问题，习用技术中，为了减少光线间相互干扰的问题，多在光谱仪前面设置针孔(pinhole)，然而此种方式虽可以减少干扰，但是如果是应用在测量对象二维表面形貌或者需要高分辨率的测量时，则需要配合横向移动的机制，如此一来会增加测量所需的时间以及振动对测量精度的影响，因此此种方式多半还是应用在单点测量的领域。

第二、光谱仪体积占据空间以及解析光谱耗时的问题。现有技术中，为了还原表面形貌，需要通过光谱仪侦测通过狭缝或者是针孔结构的光谱，进而找出对应侦测位置的光线波长与强度关系，从而还原该位置对应的深度。利用光谱仪的方式有几个有待克服的部分，首先是光谱仪的体积庞大或者售价昂贵，同时占据大量空间。另外，由于光谱仪还原光谱信息耗时不具测量效率，其主要的原因是对每一个测量位点而言，展开的光谱是一维度的光谱，如果对一个线性测量位置而言，展开的就是一个二维光谱。由此可知，每一个光谱仪进行一次性的解析，最多就是一个线性的测量区域，因此，如果要测量一个面，这就必须要通过横向移动的扫描，如此一来不但增加测量的时间，更有可能因为横向扫描运动对测量机台造成振动问题，从而影响测量精度。

综合上述，因此亟需一种光谱影像相关比对式共焦形貌测量系统及方法来解决现有技术所产生的问题。

发明内容

本发明提供一种应用光谱影像图案的共焦形貌测量技术，该技术为对物体表面或内部光反射接口(含物体的背面)三维形貌侦测的系统与方法。其将滤波元件以及光强感测元件整合成一光信号感测装置，通过该装置一次性的全局拍摄(one-shot full field)，即可一次性的还原测物光的光谱组成，进而重建待测物的表面形貌，以节省测量所需的时间以及减少共焦系统的体积。本技术可以应用于显微物镜，或者是色散物镜，或者是显位物镜和色散模块组成的光学镜组。