TWI751184B - 產生一樣本之三維(3-d)資訊之方法及三維(3-d)量測系統 - Google Patents

產生一樣本之三維(3-d)資訊之方法及三維(3-d)量測系統 Download PDF

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TWI751184B
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詹姆士 建國 許
隆尼 索塔曼
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Abstract

一種使用一光學顯微鏡產生一樣本之三維資訊之方法包含：按預定步階變更該樣本與該光學顯微鏡之一物鏡之間的距離；在各預定步階處擷取一影像。在一個實例中，該方法進一步包含：判定各經擷取影像中之各像素之一特性；針對各經擷取影像判定跨該經擷取影像中之所有像素之最大特性；及比較各經擷取影像之該最大特性以判定各步階處是否存在該樣本之一表面。在另一實例中，該方法進一步包含：判定各經擷取影像中之各像素之一特性；針對各經擷取影像判定具有一第一範圍內之一特性值之一像素計數；及基於各經擷取影像之該像素計數判定各步階處是否存在該樣本之一表面。

Description

產生一樣本之三維(3-D)資訊之方法及三維(3-D)量測系統
所描述實施例大體上係關於量測一樣本之三維資訊且更特定言之係關於按一快速且可靠方式自動量測三維資訊。
各種物件或樣本之三維(3-D)量測在許多不同應用中係有用的。一個此應用係在晶圓級封裝處理期間。在晶圓級製造之不同步驟期間之一晶圓之三維量測資訊可提供關於存在可存在於晶圓上之晶圓處理缺陷之洞察。在晶圓級製造期間之晶圓之三維量測資訊可在耗費額外資金來繼續處理晶圓之前提供關於不存在缺陷之洞察。當前藉由一顯微鏡之人類操縱來收集一樣本之三維量測資訊。人類使用者使用其眼睛使顯微鏡聚焦以判定顯微鏡何時聚焦在樣本之一表面上。需要收集三維量測資訊之一改良方法。
在一第一新穎態樣中，使用一光學顯微鏡產生一樣本之三維(3-D)資訊，該光學顯微鏡按預定步階變更該樣本與該光學顯微鏡之一物鏡之間的距離。該光學顯微鏡在各預定步階處擷取一影像且判定各經擷取影像中之各像素之一特性。針對各經擷取影像，判定跨該經擷取影像中之所有像素之最大特性。比較各經擷取影像之該最大特性以判定各預定步階處是否存在該樣本之一表面。
在一第一實例中，各像素之該特性包含強度、對比度或條紋對比度。
在一第二實例中，該光學顯微鏡包含經組態以支撐一樣本之一載物台，且該光學顯微鏡經調適以與一電腦系統通信，該電腦系統包含經調適以儲存各經擷取影像之一記憶體裝置。
在一第三實例中，該光學顯微鏡係一共焦顯微鏡、一結構化照明顯微鏡或一干涉儀顯微鏡。
在一第二新穎態樣中，使用一光學顯微鏡產生一樣本之三維(3-D)資訊，該光學顯微鏡按預定步階變更該樣本與該光學顯微鏡之一物鏡之間的距離且在各預定步階處擷取一影像。判定各經擷取影像中之各像素之一特性。針對各經擷取影像，判定具有一第一範圍內之一特性值之一像素計數。基於各經擷取影像之該像素計數判定各預定步階處之該樣本之一表面之存在。
在一第一實例中，各像素之該特性包含強度、對比度或條紋對比度。
在一第二實例中，該光學顯微鏡包含經組態以支撐一樣本之一載物台，且該光學顯微鏡經調適以與一電腦系統通信，該電腦系統包含經調適以儲存各經擷取影像之一記憶體裝置。
在一第三實例中，該光學顯微鏡係一共焦顯微鏡、一結構化照明顯微鏡或一干涉儀顯微鏡。
在下文實施方式中描述進一步細節及實施例以及技術。本發明內容不旨在界定本發明。本發明係由發明申請專利範圍界定。
1:半自動化三維計量系統
2:載物台
3:晶圓
4:電腦
5:開啟/關閉按鈕
10:三維成像顯微鏡
11:可調整物鏡
12:可調整載物台
20:三維計量系統
21:三維顯微鏡
22:樣本處置器/載物台
23:電腦
24:處理器
25:儲存裝置
26:網路裝置
27:顯示器
28:輸入裝置
29:網路
30:矽基板
31:光阻層
200:流程圖
201:步驟
202:步驟
203:步驟
204:步驟
205:步驟
300:流程圖
301:步驟
302:步驟
303:步驟
304:步驟
305:步驟
隨附圖式(其中相同數字指示相同組件)繪示本發明之實施例。
圖1係執行一樣本之自動化三維量測之一半自動化三維計量系統1之一圖。
圖2係包含可調整物鏡11及一可調整載物台12之一三維成像顯微鏡10之一圖。
圖3係包含一三維顯微鏡、一樣本處置器、一電腦、一顯示器及輸入裝置之一三維計量系統20之一圖。
圖4係繪示在變更光學顯微鏡之物鏡與載物台之間的距離時擷取影像之一方法之一圖。
圖5係繪示光學顯微鏡之物鏡與載物台之間的距離之一圖表，其中各x-y座標具有最大特性值。
圖6係使用在圖5中展示之各x-y座標之最大特性值呈現之一影像之一三維圖。
圖7係繪示使用在各種距離處擷取之影像之峰值模式操作之一圖。
圖8係繪示當一通孔在光學顯微鏡之視場內時使用在各種距離處擷取之影像之峰值模式操作之一圖。
圖9係繪示源自峰值模式操作之三維資訊之一圖表。
圖10係繪示使用在各種距離處擷取之影像之求和模式操作之一圖。
圖11係繪示在使用求和模式操作時之錯誤表面偵測之一圖。
圖12係繪示源自求和模式操作之三維資訊之一圖表。
圖13係繪示使用在各種距離處擷取之影像之範圍模式操作之一圖。
圖14係繪示源自範圍模式操作之三維資訊之一圖表。
圖15係僅繪示具有一第一範圍內之一特性值之像素計數之一圖表。
圖16係僅繪示具有一第二範圍內之一特性值之像素計數之一圖表。
圖17係繪示包含於峰值模式操作中之各種步驟之一流程圖。
圖18係繪示包含於範圍模式操作中之各種步驟之一流程圖。
現將詳細參考本發明之背景實例及一些實施例，其等之實例在隨附圖式中加以繪示。在下文描述及發明申請專利範圍中，諸如「頂部」、「下面」、「上」、「下」、「頂部」、「底部」、「左」及「右」之關係術語可用於描述所描述結構之不同部分之間的相對定向，且應理解，所描述之整體結構可實際上以任何方式定向在三維空間中。
圖1係一半自動化三維計量系統1之一圖。半自動化三維計量系統1包含一光學顯微鏡(未展示)、一開啟/關閉按鈕5、一電腦4及一載物台2。在操作中，將一晶圓3放置在載物台2上。半自動化三維計量系統1之功能係擷取一物件之多個影像且自動產生描述物件之各種表面之三維資訊。此亦稱為一物件之一「掃描」。晶圓3係由半自動化三維計量系統1分析之一物件之一實例。一物件亦可稱為一樣本。在操作中，將晶圓3放置在載物台2上且半自動化三維計量系統1開始自動產生描述晶圓3之表面之三維資訊之程序。在一個實例中，半自動化三維計量系統1開始於按壓連接至電腦4之一鍵盤(未展示)上之一指定鍵。在另一實例中，半自動化三維計量系統1開始於跨一網路(未展示)將一開始命令發送至電腦4。半自動化三維計量系統1亦可經組態以與一自動化晶圓處置系統(未展示)配接，該自動化晶圓處置系統在完成一晶圓之一掃描之後移除該晶圓且插入一新晶圓進行掃描。
一全自動化三維計量系統(未展示)類似於圖1之半自動化三維計量系統；然而，一全自動化三維計量系統亦包含一機器人處置器，其可在無人 類干預的情況下自動拾取一晶圓且將晶圓放置在載物台上。以一類似方式，一全自動化三維計量系統亦可使用機器人處置器自載物台自動拾取一晶圓且自載物台移除晶圓。在生產許多晶圓期間可期望一全自動化三維計量系統，因為其避免一人類操作者之可能污染且改良時間效率及總成本。替代性地，當僅需量測少量晶圓時，在研究及開發活動期間可期望半自動化三維計量系統1。
圖2係包含多個物鏡11及一可調整載物台12之一三維成像顯微鏡10之一圖。三維成像顯微鏡可為一共焦顯微鏡、一結構化照明顯微鏡、一干涉儀顯微鏡或此項技術中熟知的任何其他類型之顯微鏡。一共焦顯微鏡將量測強度。一結構化照明顯微鏡將量測一經投影結構之對比度。一干涉儀顯微鏡將量測干涉條紋對比度。
在操作中，將一晶圓放置在可調整載物台12上且選擇一物鏡。三維成像顯微鏡10在調整載物台(晶圓擱置於其上)之高度時擷取晶圓之多個影像。此導致在晶圓定位於遠離選定透鏡之各種距離處時擷取晶圓之多個影像。在一個替代實例中，將晶圓放置在一固定載物台上且調整物鏡之位置，藉此在不移動載物台的情況下變更物鏡與樣本之間的距離。在另一實例中，可在x-y方向上調整載物台且可在z方向上調整物鏡。
經擷取影像可本地儲存在包含於三維成像顯微鏡10中之一記憶體中。替代性地，經擷取影像可儲存在包含於一電腦系統中之一資料儲存裝置中，其中三維顯微鏡10跨一資料通信鏈路將經擷取影像傳遞至電腦系統。一資料通信鏈路之實例包含：一通用串列匯流排(USB)介面、一乙太網路連接、一火線匯流排介面、一無線網路(諸如WiFi)。
圖3係包含一三維顯微鏡21、一樣本處置器22、一電腦23、一顯示器 27(選用)及輸入裝置28之一三維計量系統20之一圖。三維計量系統20係包含於半自動化三維計量系統1中之一系統之一實例。電腦23包含一處理器24、一儲存裝置25及一網路裝置26(選用)。電腦經由顯示器27將資訊輸出至一使用者。若顯示器27係一觸控螢幕裝置，則該顯示器亦可用作一輸入裝置。輸入裝置28可包含一鍵盤及一滑鼠。電腦23控制三維顯微鏡21及樣本處置器/載物台22之操作。當由電腦23接收一開始掃描命令時，電腦發送一或多個命令以組態用於影像擷取之三維顯微鏡(「顯微鏡控制資料」)。例如，需選擇正確物鏡，需選擇待擷取影像之解析度，且需選擇儲存經擷取影像之模式。當由電腦23接收一開始掃描命令時，電腦發送一或多個命令以組態樣本處置器/載物台22(「處置器控制資料」)。例如，需選擇正確高度(z方向)調整且需選擇正確水平(x-y方向)對準。
在操作期間，電腦23引起樣本處置器/載物台22調整至適當位置。一旦樣本處置器/載物台22經適當定位，電腦23將引起三維顯微鏡聚焦在一焦平面上且擷取至少一個影像。接著，電腦23將引起該載物台在z方向上移動，使得改變樣本與光學顯微鏡之物鏡之間的距離。一旦載物台移動至新位置，電腦23將引起光學顯微鏡擷取一第二影像。此程序繼續直至在光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的各所要距離處擷取一影像。將在各距離處擷取之影像自三維顯微鏡21傳遞至電腦23(「影像資料」)。將經擷取影像儲存在包含於電腦23中之儲存裝置25中。在一個實例中，電腦23分析經擷取影像且將三維資訊輸出至顯示器27。在另一實例中，電腦23分析經擷取影像且經由網路29將三維資訊輸出至一遠端裝置。在又另一實例中，電腦23並不分析經擷取影像，而是經由網路29將經擷取影像發送至另一裝置進行處理。三維資訊可包含基於經擷取影像呈現之一三維影像。三維 資訊可不包含任何影像，而是包含基於各經擷取影像之各種特性之資料。
圖4係繪示在變更光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離時擷取影像之一方法之一圖。在圖4中繪示之實施例中，各影像包含1000乘1000個像素。在其他實施例中，影像可包含各種像素組態。在一個實例中，將連續距離之間的間隔固定為一預定量。在另一實例中，連續距離之間的間隔可不固定。倘若僅樣本之z方向掃描之一部分需要額外z方向解析度，則在z方向上之影像之間的此不固定間隔可為有利的。z方向解析度係基於在z方向上按每單位長度擷取之影像數目，因此在z方向上按每單位長度擷取額外影像將增大所量測之z方向解析度。相反地，在z方向上按每單位長度擷取較少影像將減小所量測之z方向解析度。
如上文論述，首先調整光學顯微鏡以使其聚焦在定位於與光學顯微鏡之一物鏡相距距離1處之一焦平面上。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在一儲存裝置(即，「記憶體」)中。接著，調整載物台使得光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係距離2。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在儲存裝置中。接著，調整載物台使得光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係距離3。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在儲存裝置中。接著，調整載物台使得光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係距離4。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在儲存裝置中。接著，調整載物台使得光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係距離5。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在儲存裝置中。程序針對光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的N個不同距離而繼續。指示哪一影像與各距離相關聯之資訊亦儲存在儲存裝置中以用於後續處理。
在一替代實施例中，光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係固定 的。實情係，光學顯微鏡包含一變焦透鏡，其允許光學顯微鏡變更光學顯微鏡之焦平面。以此方式，當載物台及由載物台支撐之樣本固定時，光學顯微鏡之焦平面跨N個不同焦平面而變化。針對各焦平面擷取一影像且將影像儲存在一儲存裝置中。接著，處理跨所有各種焦平面之經擷取影像以判定樣本之三維資訊。此實施例需要一變焦透鏡，其可提供跨所有焦平面之足夠解析度且引入最小影像失真。另外，需要各變焦位置之間的校準及變焦透鏡之所得焦距。
圖5係繪示光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離之一圖表，其中各x-y座標具有最大特性值。一旦針對各距離擷取及儲存影像，可分析各影像之各像素之特性。例如，可分析各影像之各像素之光強度。在另一實例中，可分析各影像之各像素之對比度。在又另一實例中，可分析各影像之各像素之條紋對比度。可藉由比較一像素之強度與預設定數目個周圍像素之強度來判定一像素之對比度。針對關於如何產生對比度資訊之額外描述，參見由James Jianguo Xu等人於2010年2月3日申請之標題為「3-D Optical Microscope」之美國專利申請案第12/699,824號(該案之標的物以引用的方式併入本文中)。
圖6係使用在圖5中展示之各x-y座標之最大特性值呈現之一三維影像之一三維圖。具有介於1與19之間的一X位置之所有像素在z方向距離7處具有一最大特性值。具有介於20與29之間的一X位置之所有像素在z方向距離2處具有一最大特性值。具有介於30與49之間的一X位置之所有像素在z方向距離7處具有一最大特性值。具有介於50與59之間的一X位置之所有像素在z方向距離2處具有一最大特性值。具有介於60與79之間的一X位置之所有像素在z方向距離7處具有一最大特性值。以此方式，可使用跨所 有經擷取影像之每x-y像素之最大特性值產生圖6中繪示之三維影像。另外，在已知距離2且已知距離7之情況下，可藉由自距離2減去距離7來計算圖6中繪示之井深度。
峰值模式操作
圖7係繪示使用在各種距離處擷取之影像之峰值模式操作之一圖。如上文關於圖4論述，首先調整光學顯微鏡以使其聚焦在定位於與光學顯微鏡之一物鏡相距距離1處之一平面上。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在一儲存裝置(即，「記憶體」)中。接著，調整載物台使得光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係距離2。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在儲存裝置中。接著，調整載物台使得光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係距離3。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在儲存裝置中。接著，調整載物台使得光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係距離4。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在儲存裝置中。接著，調整載物台使得光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係距離5。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在儲存裝置中。程序針對光學顯微鏡之物鏡與載物台之間的N個不同距離而繼續。指示哪一影像與各距離相關聯之資訊亦儲存在儲存裝置中以用於後續處理。
在峰值模式操作中判定跨在一個z距離處之一單一經擷取影像中之所有x-y位置之最大特性值，而不是判定跨在各種z距離處之所有經擷取影像之各x-y位置之最大特性值。換言之，針對各經擷取影像，選擇跨包含於經擷取影像中之所有像素之最大特性值。如在圖7中繪示，具有最大特性值之像素位置將可能在不同經擷取影像之間變化。特性可為強度、對比度或條紋對比度。
圖8係繪示當一通孔在光學顯微鏡之視場內時使用在各種距離處擷取之影像之峰值模式操作之一圖。一通孔係完全穿過一晶圓之一層之一垂直電連接。物件之俯視圖展示通孔在x-y平面中之橫截面積。通孔亦具有z方向上之特定深度之一深度。在下文展示在各距離處擷取之影像。在距離1處，光學顯微鏡未聚焦在晶圓之頂表面或通孔之底表面上。在距離2處，光學顯微鏡聚焦在通孔之底表面上，但未聚焦在晶圓之頂表面上。此導致與接收自離焦之其他表面(晶圓之頂表面)反射之光之像素相比，接收自通孔之底表面反射之光之像素中之一增大特性值(強度/對比度/條紋對比度)。在距離3處，光學顯微鏡未聚焦在晶圓之頂表面或通孔之底表面上。因此，在距離3處，最大特性值將實質上低於在距離2處量測之特性值。在距離4處，光學顯微鏡未聚焦在樣本之任何表面上；然而，歸因於空氣之折射率與光阻層之折射率之差異，量測最大特定值(強度/對比度/條紋對比度)之一增大。圖11及隨附文字更詳細描述此現象。在距離6處，光學顯微鏡聚焦在晶圓之頂表面上，但未聚焦在通孔之底表面上。此導致與接收自離焦之其他表面(通孔之底表面)反射之光之像素相比，接收自晶圓之頂表面反射之光之像素中之一增大特性值(強度/對比度/條紋對比度)。一旦判定來自各經擷取影像之最大特性值，便可利用結果來判定晶圓之一表面定位於哪些距離處。
圖9係繪示源自峰值模式操作之三維資訊之一圖表。如關於圖8論述，在距離1、3及5處擷取之影像之最大特性值具有小於在距離2、4及6處擷取之影像之最大特定值之一最大特定值。在各種z距離處之最大特性值之曲線可歸因於環境效應(諸如振動)而含有雜訊。為最小化此雜訊，可在進一步資料分析之前應用一標準平滑法，諸如具有某核心大小之高斯濾 波(Gaussian filtering)。
由一峰值尋找演算法執行比較最大特性值之一個方法。在一個實例中，使用一導數法沿著z軸定位零交叉點以判定存在各「峰值」之距離。接著，比較在發現一峰值之各距離處之最大特性值以判定量測到最大特性值之距離。在圖9之情況中，將在距離2處發現一峰值，此用作晶圓之一表面定位於距離2處之一指示。
藉由比較各最大特性值與一預設定臨限值來執行比較最大特性值之另一方法。可基於晶圓材料、距離及光學顯微鏡之規格來計算臨限值。替代性地，可在自動化處理之前藉由經驗測試判定臨限值。在任一情況中，比較各經擷取影像之最大特性值與臨限值。若最大特性值大於臨限值，則判定最大特性值指示晶圓之一表面之存在。若最大特性值不大於臨限值，則判定最大特性值並不指示晶圓之一表面。
求和模式操作
圖10係繪示使用在各種距離處擷取之影像之求和模式操作之一圖。如上文關於圖4論述，首先調整光學顯微鏡以使其聚焦在定位於與光學顯微鏡之一物鏡相距距離1處之一平面上。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在一儲存裝置(即，「記憶體」)中。接著，調整載物台使得光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係距離2。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在儲存裝置中。接著，調整載物台使得光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係距離3。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在儲存裝置中。接著，調整載物台使得光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係距離4。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在儲存裝置中。接著，調整載物台使得光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係距離5。接 著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在儲存裝置中。程序針對光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的N個不同距離而繼續。指示哪一影像與各距離相關聯之資訊亦儲存在儲存裝置中以用於後續處理。
將各經擷取影像之所有x-y位置之特性值相加在一起，而不是判定跨在一個z距離處之一單一經擷取影像中之所有x-y位置之最大特性值。換言之，針對各經擷取影像，將包含於經擷取影像中之所有像素之特性值加總在一起。特性可為強度、對比度或條紋對比度。實質上大於相鄰z距離之平均經加總特性值之一經加總特性值指示在該距離處存在晶圓之一表面。然而，此方法亦可導致如在圖11中描述之假肯定(false positive)。
圖11係繪示在使用求和模式操作時之錯誤表面偵測之一圖。在圖11中繪示之晶圓包含一矽基板30及沈積在矽基板30之頂部上之一光阻層31。矽基板30之頂表面定位於距離2處。光阻層31之頂表面定位於距離6處。在距離2處擷取之影像將導致實質上大於在不存在晶圓之一表面之距離處擷取之其他影像之一特性值總和。在距離6處擷取之影像將導致實質上大於在不存在晶圓之一表面之距離處擷取之其他影像之一特性值總和。此時，求和模式操作看似係存在晶圓之一表面之一有效指示符。然而，在距離4處擷取之影像將導致實質上大於在不存在晶圓之一表面之距離處擷取之其他影像之一特性值總和。此係一問題，因為如在圖11中清晰展示，晶圓之一表面未定位於距離4處。實情係，距離4處之特性值總和之增大係定位於距離2及6處之表面之一假影。輻照光阻層之光之一主要部分並不反射，而是行進至光阻層中。此光行進之角度歸因於空氣及光阻之折射率差異而改變。新角度比輻照光阻之頂表面之光角度更接近於法線。光行進至在光阻層下方之矽基板之頂表面。接著，藉由高度反射矽基板層反射光。 在反射光離開光阻層且進入空氣時，反射光之角度歸因於空氣與光阻層之間的折射率差異而再次改變。輻照光之此重導引、反射及再次重導引引起光學顯微鏡觀察到距離4處之特性值(強度/對比度/條紋對比度)之一增大。此實例繪示每當一樣本包含一透明材料時，求和模式操作將偵測不存在於樣本上之表面。
圖12係繪示源自求和模式操作之三維資訊之一圖表。此圖表繪示在圖11中繪示之現象之結果。距離4處之加總特性值之大值錯誤地指示距離4處存在一表面。需要不導致晶圓之表面之存在之假肯定指示之一方法。
範圍模式操作
圖13係繪示使用在各種距離處擷取之影像之範圍模式操作之一圖。如上文關於圖4論述，首先調整光學顯微鏡以使其聚焦在定位於與光學顯微鏡之一物鏡相距距離1處之一平面上。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在一儲存裝置(即，「記憶體」)中。接著，調整載物台使得光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係距離2。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在儲存裝置中。接著，調整載物台使得光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係距離3。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在儲存裝置中。接著，調整載物台，使得光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係距離4。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在儲存裝置中。接著，調整載物台使得光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的距離係距離5。接著，光學顯微鏡擷取一影像，該影像儲存在儲存裝置中。程序針對光學顯微鏡之物鏡與樣本之間的N個不同距離而繼續。指示哪一影像與各距離相關聯之資訊亦儲存在儲存裝置中以用於後續處理。
判定包含於一個z距離處之一單一經擷取影像中之具有一特定範圍內 之一特性值之像素之一計數，而不是判定跨該單一經擷取影像中之所有x-y位置之所有特性值之總和。換言之，針對各經擷取影像，判定具有一特定範圍內之一特性值之像素之一計數。特性可為強度、對比度或條紋對比度。實質上大於相鄰z距離處之平均像素計數之一個特定z距離處之一像素計數指示該距離處存在晶圓之一表面。此方法減少在圖11中描述之假肯定。
圖14係繪示源自範圍模式操作之三維資訊之一圖表。在知道存在於晶圓上之不同材料類型及光學顯微鏡組態之情況下，可針對各材料類型判定特性值之一預期範圍。例如，光阻層將反射輻照光阻層之頂表面之相對少量光(即，4%)。矽層將反射輻照矽層之頂表面之光(即，37%)。在距離4處觀察到的來自光阻層之頂表面之重導引反射(即，21%)將實質上大於在距離6處觀察到的反射；然而，在距離4處觀察到的來自矽基板之頂表面之重導引反射(即，21%)將實質上小於在距離2處觀察到的反射。因此，當尋找光阻層之頂表面時，以光阻之預期特性值為中心之一第一範圍可用於濾除具有在第一範圍以外的特性值之像素，藉此濾除具有並非源自光阻層之頂表面之反射之特性值之像素。在圖15中繪示藉由應用第一特性值範圍而產生之跨所有距離之像素計數。如在圖15中展示，藉由應用第一範圍濾除來自其他距離(表面)之一些但未必所有像素。此在多個距離處量測之特性值落入第一範圍內時發生。然而，在計數像素之前應用第一範圍仍用以使所要表面處之像素計數比其他距離處之其他像素計數更突出。此在圖15中繪示。在應用第一範圍之後，距離6處之像素計數大於距離2及4處之像素計數，而在應用第一範圍之前，距離6處之像素計數小於距離2及4處之像素計數(如在圖14中展示)。
以一類似方式，當尋找矽基板層之頂表面時，可使用以矽基板層之預期特性值為中心之一第二範圍來濾除具有第二範圍以外的特性值之像素，藉此濾除具有並非源自矽基板層之頂表面之反射之特性值之像素。在圖16中繪示藉由應用第二特性值範圍而產生之跨所有距離之像素計數。此範圍應用憑藉知道存在於所掃描晶圓上之所有材料的預期特性值而減少一晶圓表面定位於距離4處之錯誤指示。如關於圖15論述，藉由應用一範圍濾除來自其他距離(表面)之一些但未必所有像素。然而，當在多個距離處量測之特性值並不落入相同範圍內時，則應用範圍之結果將消除來自其他距離(表面)之所有像素計數。圖16繪示此案例。在圖16中，在產生各距離處之像素計數之前應用第二範圍。應用第二範圍之結果係僅計數距離2處之像素。此產生矽基板之表面定位於距離2處之一十分明確指示。
應注意，為減少由潛在雜訊(諸如環境振動)引起之影響，可在實行任何峰值搜尋操作之前將一標準平滑操作(諸如高斯濾波)應用至沿著z距離之總像素計數。
圖17係繪示包含於峰值模式操作中之各種步驟之一流程圖200。在步驟201中，按預定步階變更樣本與一光學顯微鏡之物鏡之間的距離。在步驟202中，在各預定步階處擷取一影像。在步驟203中，判定各經擷取影像中之各像素之一特性。在步驟204中，針對各經擷取影像，判定跨該經擷取影像中之所有像素之最大特性。在步驟205中，比較各經擷取影像之最大特性以判定各預定步階處是否存在樣本之一表面。
圖18係繪示包含於範圍模式操作中之各種步驟之一流程圖300。在步驟301中，按預定步階變更樣本與一光學顯微鏡之物鏡之間的距離。在步驟302中，在各預定步階處擷取一影像。在步驟303中，判定各經擷取影 像中之各像素之一特性。在步驟304中，針對各經擷取影像，判定具有一第一範圍內之一特性值之像素之一計數。在步驟305中，基於各經擷取影像之像素計數判定各預定步階處是否存在樣本之一表面。
儘管為指導目的在上文描述某些特定實施例，然本專利文件之教示具有一般適用性且不限於上文描述之特定實施例。因此，在不脫離如在發明申請專利範圍中闡述之本發明之範疇的情況下可實踐所描述實施例之各種特徵之各種修改、調適及組合。

Claims (20)

  1. 一種使用一光學顯微鏡產生一樣本之三維(3-D)資訊之方法，該方法包括： 按預定步階變更該樣本與該光學顯微鏡之一物鏡之間的距離； 在各預定步階處擷取一影像； 判定各經擷取影像中之各像素之一特性； 針對各經擷取影像判定跨該經擷取影像中之所有像素之最大特性；及 比較各經擷取影像之該最大特性以判定各預定步階處是否存在該樣本之一表面。
  2. 如請求項1之方法，其中各像素之該特性係強度。
  3. 如請求項1之方法，其中各像素之該特性係對比度。
  4. 如請求項1之方法，其中各像素之該特性係條紋對比度。
  5. 如請求項1之方法，其中該光學顯微鏡包含一載物台，其中該樣本由該載物台支撐，其中該光學顯微鏡經調適以與一電腦系統通信，且其中該電腦系統包含經調適以儲存各經擷取影像之一記憶體裝置。
  6. 如請求項1之方法，其中基於其中判定存在該樣本之一表面之該等預定步階而產生該樣本之一三維影像。
  7. 如請求項1之方法，其中該光學顯微鏡係一共焦顯微鏡。
  8. 如請求項1之方法，其中該光學顯微鏡係一結構化照明顯微鏡。
  9. 如請求項1之方法，其中該光學顯微鏡係一干涉儀顯微鏡。
  10. 一種使用一光學顯微鏡產生一樣本之三維(3-D)資訊之方法，該方法包括： 按預定步階變更該樣本與該光學顯微鏡之一物鏡之間的距離； 在各預定步階處擷取一影像； 判定各經擷取影像中之各像素之一特性； 針對各經擷取影像判定具有一第一範圍內之一特性值之像素之一計數，其中並不具有該第一範圍內之一特性值之所有像素未包含於該像素計數中；及 基於各經擷取影像之該像素計數判定各預定步階處是否存在該樣本之一表面。
  11. 如請求項10之方法，其中各像素之該特性係強度。
  12. 如請求項10之方法，其中各像素之該特性係對比度。
  13. 如請求項10之方法，其中各像素之該特性係條紋對比度。
  14. 如請求項10之方法，其中該光學顯微鏡包含一載物台，其中該樣本由該載物台支撐，其中該光學顯微鏡經調適以與一電腦系統通信，且其中該電腦系統包含經調適以儲存各經擷取影像之一記憶體裝置。
  15. 如請求項10之方法，其中基於其中判定存在該樣本之一表面之該等預定步階而產生該樣本之一三維影像。
  16. 如請求項10之方法，其中該光學顯微鏡係一共焦顯微鏡。
  17. 如請求項10之方法，其中該光學顯微鏡係一結構化照明顯微鏡。
  18. 如請求項10之方法，其中該光學顯微鏡係一干涉儀顯微鏡。
  19. 一種三維(3-D)量測系統，其包括： 一光學顯微鏡，其包括一物鏡及一載物台，其中該光學顯微鏡經調適以按預定步階變更由該載物台支撐之一樣本與該光學顯微鏡之該物鏡之間的距離；及 一電腦系統，其包括一處理器及一儲存裝置，其中該電腦系統經調適以： 儲存在各預定步階處擷取之一影像； 判定各經擷取影像中之各像素之一特性； 針對各經擷取影像判定跨該經擷取影像中之所有像素之最大特性；及 比較各經擷取影像之該最大特性以判定各預定步階處是否存在該樣本之一表面。
  20. 一種三維(3-D)量測系統，其包括： 一光學顯微鏡，其包括一物鏡及一載物台，其中該光學顯微鏡經調適以按預定步階變更由該載物台支撐之一樣本與該光學顯微鏡之該物鏡之間的距離；及 一電腦系統，其包括一處理器及一儲存裝置，其中該電腦系統經調適以： 儲存藉由該光學顯微鏡在各預定步階處擷取之一影像； 判定各經擷取影像中之各像素之一特性； 針對各經擷取影像判定具有一第一範圍內之一特性值之像素之一計數，其中不具有該第一範圍內之一特性值之所有像素未包含於該像素計數中；及 基於各經擷取影像之該像素計數判定各預定步階處是否存在該樣本之一表面。
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