[發(fā)明專利]用于光學(xué)三維形貌測量的方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110901243.2
• 申請日: 2016-11-04
• 公開（公告）號: CN113607088A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 國衡·趙;M·范德布格特;劉晟;安迪·希爾;J·德格里夫;K·萬吉爾斯
• 申請（專利權(quán)）人: 科磊股份有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G01B11/24;G01B11/06;G01N21/39;G01N21/956;G02B30/50
• 代理公司: 北京律盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 張世俊

本申請實施例涉及用于光學(xué)三維形貌測量的方法及系統(tǒng)。針對物體的表面的三維形貌測量，通過物鏡將圖案化照明投影于所述表面上。在所述物體與所述物鏡之間進行相對移動，且由檢測器通過所述物鏡記錄所述表面的多個圖像。所述相對移動的方向包含相對于所述物鏡的光軸的斜角。根據(jù)從相應(yīng)位置記錄的強度的變化導(dǎo)出所述表面上的給定位置的高度信息。此外，可將圖案化照明及均勻照明交替地投影于所述表面上，同時在所述物體與所述物鏡沿著所述物鏡的光軸的相對移動期間記錄所述表面的圖像。均勻照明用于獲得所述表面上的鏡面結(jié)構(gòu)的高度信息，圖案化照明用于獲得有關(guān)所述表面的其它部分的高度信息。

本申請是申請日為2016年11月04日，申請?zhí)枮椤?01680080685.2”，發(fā)明名稱為“用于光學(xué)三維形貌測量的方法及系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請的分案申請。

相關(guān)申請案的交叉參考

本申請案主張2016年2月1日申請的美國臨時申請案US 62/289,889的優(yōu)先權(quán)，所述申請案的全部內(nèi)容以引用的方式包含于本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于物體的表面的三維(3D)形貌測量的方法及系統(tǒng)，其中通過物鏡將圖案化照明投影到物體的表面上且從在物體與物鏡之間的相對移動期間記錄的表面的圖像獲得有關(guān)表面的高度信息。

背景技術(shù)

在各種制造領(lǐng)域中需要有關(guān)物體的表面的形貌的信息。對此類信息的需要尤其顯著的領(lǐng)域是半導(dǎo)體制造，其中需要檢驗半導(dǎo)體裝置以確保適當(dāng)?shù)墓δ堋４祟悪z驗包含組成晶片上的裝置的特定結(jié)構(gòu)，以及將裝置的組件固持在一起所需的實體，例如焊料凸塊。例如，首先可使用焊料凸塊陣列將從晶片切割的裸片接觸到芯片的引腳。接著可通過焊料球?qū)⑿酒佑|到外部電路。為了質(zhì)量保證，必須在焊接完成之前檢驗焊料凸塊及焊料球相對于基板的高度。

用于3D形貌測量的若干方法在所屬領(lǐng)域中眾所周知。這些方法包括白光干涉法、共焦顯微法、基于結(jié)構(gòu)化照明的方法，及具有立體視覺的激光三角測量。所有這些方法皆具有其特定優(yōu)點及缺點。

白光干涉法能夠提供極高精確度的高度信息。表面在干涉儀中按小于一個波長的步長移動；因此，當(dāng)檢驗半導(dǎo)體裝置時，需要采取及處理表面的大量框架，這是由于步長必須在與表面上出現(xiàn)的高度變化相當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)延伸。

共焦顯微法及基于結(jié)構(gòu)化照明的方法兩者皆需要相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的顯微鏡光學(xué)器件。兩種方法皆較佳地適于檢驗典型半導(dǎo)體裝置的尺度下的表面形貌。雖然共焦顯微法相比于基于結(jié)構(gòu)化照明的方法通常提供較佳的高度分辨率，但其還需要更復(fù)雜且昂貴的光學(xué)設(shè)置。

基于結(jié)構(gòu)化照明的方法的基本概念是將圖案(例如，光柵)投影到物體的表面上。存在兩種一般方法。

對于具有低數(shù)值孔徑(NA)(例如，低于0.1)的成像系統(tǒng)(對于所述成像系統(tǒng)，較長的工作距離及較大的焦點深度是可能的)，可按相對于成像光軸的角度將圖案投影到表面上。此類布置類似于激光三角測量，這是由于使用線照明的條紋相移而非位置偏移來提取表面高度。此方法也被稱為相移條紋投影方法。

在具有較高NA(高于0.1)的成像系統(tǒng)的情況下，無法輕易實施斜投影或斜成像，這是由于焦點深度及工作距離受限制。此處，代替地，通過成像光學(xué)器件將圖案(例如，光柵)投影到表面上，且成像光學(xué)器件的光軸垂直于物體的表面，更精確來說垂直于通過表面的一般宏觀延伸而界定的平面。由于此布置，無法從條紋相移提取高度信息。代替地，可通過在平行于光軸的方向上移動物體且沿著此方向找到投影圖案的對比度最大的位置偏移而獲得高度信息。

此設(shè)置與共焦顯微鏡之間存在類似點，但光學(xué)器件較簡單，無需中繼光學(xué)器件。然而，需要較高的數(shù)據(jù)速率，這是由于提取圖案圖像的對比度會針對每一高度位置需要三個或三個以上框架。