专利名称：表面形貌图的暗点区域的修补方法
技术领域：
本发明关于一种表面形貌图(Surface Profile)的修补方法，具体的讲是一种表面形貌图的暗点区域的修补方法。
背景技术：
利用白光干涉(white light interferometry)的特性，以非接触方式对物体表面进行形貌测量的装置，广泛应用于对于精密度有高度要求的产品，诸如半导体晶片、液晶显示器的玻璃面板等。
请参照图1所示，一典型非接触式形貌测量装置的示意图。如图1中所示，此形貌测量装置具有一宽频光源10、一准直透镜(collimation lens)20、一45度分光镜(Splitter)30、一成像目镜40、一影像感测装置50、一干涉显微物镜组60、一扫描平台70与一计算机系统80。宽频光源10所提供的光线，透过准直透镜20形成平行光，投射至45度分光镜30。此平行光受到45度分光镜的反射30，照射至干涉显微物镜组60。
干涉显微物镜组60位于扫描平台70的上方，并且，对准扫描平台70所承载的待测物体90的表面。此干涉显微物镜组60具有一显微物镜62、一反射镜64与一分光镜(beam splitter)66。其中，显微物镜62位于反射镜64的上方，而反射镜64位于分光镜66的上方。来自45度分光镜30的光线，透过显微物镜62，照射至分光镜66，而被分光镜66分成两道光线。其中一道光线照射至反射镜64，而另一道光线则是照射至待测物体90表面。
此二道光线分别通过反射镜64与待测物体90表面反射后，投射回分光镜66再度重合。值得注意的是，由于此二道光线行经距离的差异(即此二道光线的光程差(Optical Path Difference，OPD))，将在重合后的光线内产生干涉效果。而此光线再向上投射，经过显微物镜62与45度分光镜30，最后，透过成像目镜40聚焦于影像感测装置50。
前述二道光线的光程差的大小，受到干涉显微物镜组60与扫描平台70的距离的影响。因此，通过改变干涉显微物镜组60或是扫描平台70的垂直位置，即可改变光程差的大小，而使影像感测装置50接收到一系列具有不同光程差的干涉影像。这些干涉影像再透过计算机系统80分析，计算其中各个像素的在不同光程差的情况下的光强度，而形成如图2所示，高度值z对应于光强度I(z)的干涉图谱。
此干涉图谱为一理想的干涉图谱，其中明显可见一白光干涉所产生波包。透过计算此波包的峰值，即可推导出此像素所对应的位置的垂直高度。以同样的方式，重复计算干涉影像中各个像素所对应至物体表面特定位置的垂直高度，即可得到此物体的表面形貌图。
值得注意的是，若是待测物体表面有反射率低、深色、粗糙或是倾斜率过大的情况，则经待测物体表面反射的光线光强度可能过低，或甚至无法有效反射，而会在表面形貌图中产生暗点区域。由于这些暗点区域的干涉图谱(如第三图所示)无法提供正确的波包信息，因而无法计算出正确的高度值，而会导致待测物体表面形貌的误判。
为了解决此问题，一典型的方法，在经计算机系统计算取得待测物体的表面形貌信息后，再利用空间滤波器，排除前述因待测物体表面反射效果不佳所造成的误差。但是，由于表面形貌信息中，欠缺暗点区域(即前述待测物体表面反射效果不佳的区域)的位置与特性的相关数据，导致此方法对于误差的排除效果有限。
于是，如何标示暗点区域并有效修补暗点区域，对于表面形貌信息的可信度的提升，将产生显著的影响。
发明内容
本发明的主要目的提供一种方法，可以在数据撷取的过程中，实时标示出暗点区域，以对此暗点区域作有效的修补。
本发明提供了一种表面形貌图的暗点区域的修补方法，表面形貌图以白光干涉的形貌测量方法(surface profile measuring method)测量，而此形貌测量方法以宽频光源照射一待测物体表面与一参考面，并以一定步幅改变待测物体表面与显微物镜组的距离，以产生一系列的干涉影像对应于表面形貌图的各个像素，分别产生一高度值对应于光强度的干涉图谱其特征在于，所述的修补方法至少包括下列步骤依据所述的干涉图谱，确认所述的干涉图谱所对应的像素是否是暗点；标示所述的暗点；以及，利用所述的暗点周围的正常像素修补所述的暗点。
在确认所述的干涉图谱所对应的像素是否是暗点的步骤中，是比较各所述的干涉图谱中的最大光强度值，若是所述的最大光强度值小于一临界光强度值，则认定所述的干涉图谱所对应的像素是暗点。
在确认所述的干涉图谱所对应的像素是否是暗点的步骤中，包括在所述的系列干涉影像中，找出各所述的像素所具有的最大光强度值；正常化(normalize)所述的最大光强度值，使各所述的像素所具有的最大光强度值均落于一比较区间内；以及，在所述的比较区间内设定一临界值，若是所述的最大光强度值小于所述的临界值，则所对应的像素是暗点。
在确认所述的干涉图谱所对应的像素是否是暗点的步骤中，包括将所述的干涉图谱的数据进行前处理，以获得一数值与所述的干涉图谱中的最大光强度值相对应；以及，如果所述的数值小于一临界值，则认定所述的干涉图谱所对应的像素是暗点。
所述的前处理包括一次微分的计算。
在确认所述的干涉图谱所对应的像素是否是暗点的步骤中，是依据各所述的干涉图谱中是否有完整的波包出现，确认所述的干涉图谱所对应的像素是否是暗点。
在确认所述的干涉图谱所对应的像素是否是暗点的步骤中，包括依据各所述的干涉图谱的波包图形，选定一临界波包宽度；计算所述的临界波包宽度所涵盖的扫描点数；将所述的干涉图谱上所有扫描点对应的光强度的一阶微分绝对值加总，得到一扫描范围加总值；在所述的干涉图谱上，将临界波包宽度的范围内，所有扫描点对应的光强度的一次微分绝对值加总，得到一波包加总值；将所述的波包加总值除以所述的扫描范围加总值，得到一比值；以及，在0与1之间选定一临界值，若是所述的比值小于所述的临界值，所述的干涉图谱所对应的像素是暗点。
在修补所述的暗点的步骤中，是设定所述的暗点的数值为所述的暗点周围正常像素的数值的平均平均值。
在修补所述的暗点的步骤中，是以所述的暗点沿着横向朝两侧延伸到达的二个正常像素的数值修补所述的暗点。
在修补所述的暗点的步骤中，是以所述的暗点沿着横向、纵向、以及二个与所述的横向夹有四十五度角的斜向分别朝两侧延伸到达的正常像素的数值，修补所述的暗点。
本发明的有益效果在于，利用暗点区域周围的正常像素的数值，对于暗点进行补偿，可以有效修补暗点。不会有如传统修补方法中因欠缺暗点区域的位置与特性的相关数据，而产生导致暗点修补效果不佳的问题。
图1为一典型形貌测量装置的示意图；图2所示为一正常像素的典型干涉图谱；图3所示为一暗点的典型干涉图谱；图4为本发明形貌测量方法一较佳实施例的流程图；图5A为图4中步骤C第一实施例的示意图；图5B为图4中步骤C第一实施例的流程图；
图6为图4中步骤C第二实施例的示意图；图7A为图4中步骤C第三实施例的示意图；图7B为图4中步骤C第三实施例的流程图；图8为图4中步骤E第一实施例的流程图；图9为图4中步骤E第二实施例的流程图；图10为图4中步骤E第三实施例的流程图；图号说明宽频光源10 准直透镜2045度分光镜30 成像目镜40影像感测模块50 干涉显微物镜组60 扫描平台70 计算机系统80具体实施方式
请参照图4所示，本发明形貌测量方法一较佳实施例的流程图。首先，对于一待测物体表面，利用如图1所示的非接触式形貌测量装置进行测量。此形貌测量装置以一宽频光源10照射待测物体90表面与一位于反射镜64上的参考面，同时，透过改变待测物体表面与显微物镜组的距离，产生一系列的干涉影像(步骤A)。依据各个干涉影像中相同像素位置的光强度的差异，以对于此一系列干涉影像上的不同像素位置分别产生一高度值z对应于光强度I(z)的干涉图谱(步骤B)。
随后，依据量测所得的干涉图谱，确认干涉图谱所对应的像素位置是否暗点(步骤C)。接下来，形成表面形貌图，并于此表面形貌图上标示经确认为暗点的像素(步骤D)。然后，再利用暗点周围的正常像素修补暗点(步骤E)。
请参照图2与图3所示，其中图2为正常区域的典型干涉图谱，而图3则为暗点区域的典型干涉图谱。如图中2所示，在正常区域的干涉图谱中，可见到完整的波包，并且，规律的干涉条纹仅出现于波包处。而在暗点区域的干涉图谱中，不仅无法看到完整的波包，甚至无法观测到规律的干涉条纹。此外，在正常区域的干涉图谱中所侦测到的最大光强度值，与暗点区域的干涉图谱中所侦测到的最大光强度值，相差接近四倍。
基于此二干涉图谱的差异，前述步骤C可以通过判断干涉图谱中最大光强度值，或是检视干涉图谱中是否有完整波包，确认干涉图谱所对应的像素位置是否暗点。
图5A与图5B图所示为前述步骤C的第一实施例。此实施例透过判断干涉图谱中的最大光强度值，来确认是否是暗点。如图5B所示，首先，在步骤100中，针对待测物体表面经白光干涉形成的此一系列干涉影像找出各个像素位置(x，y)的最大光强度值max(I(z)x，y)。基本上，此最大光强度值也是各个相对应的干涉图谱的波包的峰值。
随后，在步骤120中，以下列方程式(1)，正常化各个像素的最大光强度值，使此正常化后的数值Normal(max(I(z)x，y))落于一比较区间(0至N)内；Normal(max(I(z)x，y))＝N*[max(I(z)x，y)-Min(max(I(z)x，y))/[Max(max(I(z)x，y)-Min(max(I(z)x，y))]...方程式(1)。
其中，max(I(z)x，y)指位于(x，y)的像素的最大光强度值；Normal(max(I(z)x，y))指将max(I(z)x，y)正常化后的数值；Max(max(I(z)x，y))指在各个像素的最大光强度值中的最大者；Min(max(I(z)x，y))指在各个像素的最大光强度值中的最小者。
接下来，在步骤140中，在比较区间内选定一临界值T1，作为判断暗点区域的门槛。若是此像素相对应的正常化后的最大光强度值Normal(max(I(z)x，y))小于临界值T1，则认定此像素为暗点。
简言之，如图5A所示，前述透过判断各个干涉图谱最大光强度值的方法，也可说是透过设定一临界光强度值TB，若是最大光强度值小于此临界光强度值TB，则认定此最大光强度值所对应的像素暗点。又，就一较佳实施例而言，可设定此临界光强度值TB介于各个最大光强度中的最大者的0至75％。
除了前述单纯透过判断干涉图谱中的最大光强度值，来确认是否暗点的方法。在步骤C的第二实施例中，如图6所示，也可将高度值对应于光强度的数据I(z)(由步骤B所获得)进行前处理，以得到一次微分后的数值I’(z)(亦即I(z)与I(z-1)的差值)。然后，各个数值I’(z)的平方值[I’(z)]2中，找出其最大者max([I’(z)]2)。设定一临界值T2为门槛。透过比较各个像素所对应的最大一次微分平方数值max([I’(z)]2)，以确认相对应的像素是否暗点。基本上，此数值max([I’(z)]2)与前述最大光强度值max(I(z)x，y)相互对应(二者应对应至同一高度值z)。
图7A与图7B为前述步骤C的第三实施例。此方法透过判断干涉图谱是否形成有完整的波包，来确认是否暗点区域。首先，在步骤200中，依据各个干涉图谱内的波包图形，设定一临界波包宽度L。并且，依据形成干涉影像的扫描过程中的步进距离，计算此临界波包宽度所涵盖的扫描点数。
然后，在步骤220中，将干涉图谱上所有扫描点对应的光强度的一次微分的绝对值加总，以得到一扫描范围加总值E(x，y)。并且，在步骤240中，在干涉图谱上，将临界波包宽度的范围内所有扫描点对应的光强度值加总，得到一波包加总值D(x，y)。
接下来，在步骤260中，将波包加总值D(x，y)除以扫描范围加总值E(x，y)得到一比值R(x，y)；并且，在步骤280中，在0至1的间选定一临界值，作为判断暗点的门槛。若是R(x，y)小于此临界值，则标示此像素(x，y)为暗点。
在表面形貌图上标示暗点的位置后，配合不同的暗点分布态样，本发明对于步骤E的暗点修补方法，也提供有不同的实施例。
请参照图8所示，步骤E的暗点修补方法第一实施例的示意图。如图中所示，此方法在遇到暗点1时，首先将此暗点1利用其周围正常像素N1、N2、N3、N4与N5的平均值进行修补。然后，以此暗点1为起点向周围延伸，逐步由暗点区域的外侧向其内侧修补(如图中阿拉伯数字的顺序进行修补)。换句话说，此方法也就是先由正常点区域与暗点区域的交界处进行修补，再逐步向暗点区域的内侧修补。
请参照图9所示，步骤E的暗点修补方法第二实施例的示意图。如图中所示，对于一暗点C，此方法以此暗点C，沿着横向朝两侧延伸到达的二个正常像素A与B的信息，以及暗点C与二正常像素A，B的距离a，b，以下列方程式(2)估算暗点C的数值。
V(C)＝V(A)+(V(B)-V(A))*a/(a+b)...方程式(2)。
其中，V(A)与V(B)分别是正常像素A与B的数值；V(C)是用以修补暗点C的数值；a与b分别为暗点C延伸至像素A，B的距离。
请参照图10所示，步骤E的暗点修补方法第三实施例的示意图。相较于图8的修补方法，仅以横向延伸所到达的正常像素A与B，对暗点C进行修补；本实施例则是以此暗点沿着横向、纵向、以及正负四十五度斜向的四个轴线Xi，i＝1-4，分别朝向各个轴线的两侧延伸到达的正常像素Ai，Bi，i＝1-4的数值，进行修补。
有鉴于沿着不同的轴线方向，暗点C与正常点的距离可能不同，而正常点的数值大小也可能有显著的差异。因此，设定各个轴线方向计算所得的数值的权重W(i)＝|V(Ai)-V(Bi)|/(ai+bi)；其中，V(Ai)与V(Bi)是沿着同一轴线Xi方向两侧延伸到达的正常像素Ai与Bi的数值；而ai与bi分别是暗点C延伸至像素Ai，Bi的距离。因此，对于四个轴线方向，可得到四个权重W(i)，i＝1～4。
依据各个轴线方向的权重W(i)，再针对每一个轴线方向，分别设定一相对权重w(i)＝W(i)/(W(1)+W(2)+W(3)+W(4))，i＝1～4。然后，将相对权重w(i)代入方程式(2)，以计算不同轴线方向的回填值V(Ci)＝[V(Ai)+(V(Bi)-V(Ai))*ai/(ai+bi)]*w(i)...方程式(3)。
依据方程式(3)的计算结果，沿着四个轴线X1，X2，X3，X4方向，分别得到回填值V(Ci)，i-1～4；然后，将这些回填值加总，以得到修补暗点C的数值V(C)＝V(C1)+V(C2)+V(C3)+V(C4)...方程式(4)。
相较于传统修补暗点的方法，在表面形貌数据中，排除因待测物体表面反射效果不佳所造成的误差数据。本发明在计算出物体表面形貌前，依据所获得的各个干涉图谱，径行判断暗点区域的位置，因而可以准确判定暗点区域。同时，利用暗点区域周围的正常像素的数值，对于暗点进行补偿，可以有效修补暗点。因此，本发明的修补方法，不会有如传统修补方法中因欠缺暗点区域的位置与特性的相关数据，而产生导致暗点修补效果不佳的问题。
以上实施例仅用于详细说明本发明，而非限制本发明的保护范围。
权利要求
1.一种表面形貌图的暗点区域的修补方法，所述的表面形貌图是以白光干涉的形貌测量方法测量，所述的形貌测量方法是以宽频光源照射一待测物体表面与一参考面，并以一定步幅改变所述的待测物体表面与所述的参考面的相对距离，以产生一系列的干涉影像，相对于所述的表面形貌图的各个像素，分别产生一高度值对应于光强度的干涉图谱，其特征在于，所述的修补方法至少包括下列步骤依据所述的干涉图谱，确认所述的干涉图谱所对应的像素是否是暗点；标示所述的暗点；以及利用所述的暗点周围的正常像素修补所述的暗点。
2.如权利要求1所述的修补方法，其特征在于，在确认所述的干涉图谱所对应的像素是否是暗点的步骤中，是比较各所述的干涉图谱中的最大光强度值，若是所述的最大光强度值小于一临界光强度值，则认定所述的干涉图谱所对应的像素是暗点。
3.如权利要求1所述的修补方法，其特征在于，在确认所述的干涉图谱所对应的像素是否是暗点的步骤中，包括在所述的系列干涉影像中，找出各所述的像素所具有的最大光强度值；正常化所述的最大光强度值，使各所述的像素所具有的最大光强度值均落于一比较区间内；以及在所述的比较区间内设定一临界值，若是所述的最大光强度值小于所述的临界值，则所对应的像素是暗点。
4.如权利要求1所述的修补方法，其特征在于，在确认所述的干涉图谱所对应的像素是否是暗点的步骤中，包括将所述的干涉图谱的数据进行前处理，以获得一数值与所述的干涉图谱中的最大光强度值相对应；以及如果所述的数值小于一临界值，则认定所述的干涉图谱所对应的像素是暗点。
5.如权利要求4所述的修补方法，其特征在于，所述的前处理包括一次微分的计算。
6.如权利要求1所述的修补方法，其特征在于，在确认所述的干涉图谱所对应的像素是否是暗点的步骤中，是依据各所述的干涉图谱中是否有完整的波包出现，确认所述的干涉图谱所对应的像素是否是暗点。
7.如权利要求6所述的修补方法，其特征在于，在确认所述的干涉图谱所对应的像素是否是暗点的步骤中，包括依据各所述的干涉图谱的波包图形，选定一临界波包宽度；计算所述的临界波包宽度所涵盖的扫描点数；将所述的干涉图谱上所有扫描点对应的光强度的一阶微分绝对值加总，得到一扫描范围加总值；在所述的干涉图谱上，将临界波包宽度的范围内，所有扫描点对应的光强度的一次微分绝对值加总，得到一波包加总值；将所述的波包加总值除以所述的扫描范围加总值，得到一比值；以及在0与1之间选定一临界值，若是所述的比值小于所述的临界值，所述的干涉图谱所对应的像素是暗点。
8.如权利要求1所述的修补方法，其特征在于，在修补所述的暗点的步骤中，是设定所述的暗点的数值为所述的暗点周围正常像素的平均值。
9.如权利要求1所述的修补方法，其特征在于，在修补所述的暗点的步骤中，是以所述的暗点沿着横向朝两侧延伸到达的二个正常像素的数值修补所述的暗点。
10.如权利要求1所述的修补方法，其特征在于，在修补所述的暗点的步骤中，是以所述的暗点沿着横向、纵向、以及二个与所述的横向夹有四十五度角的斜向分别朝两侧延伸到达的正常像素的数值，修补所述的暗点。
全文摘要
一种表面形貌图的暗点区域的修补方法，表面形貌图是以白光干涉的形貌测量方法测量，形貌测量方法是以宽频光源照射一待测物体表面与一参考面，并以一定步幅改变所述的待测物体表面与所述的参考面的相对距离，以产生一系列的干涉影像，相对于所述的表面形貌图的各个像素，分别产生一高度值对应于光强度的干涉图谱，其特征在于，所述的修补方法至少包括下列步骤依据所述的干涉图谱，确认所述的干涉图谱所对应的像素是否是暗点；标示所述的暗点；以及利用所述的暗点周围的正常像素修补所述的暗点。本发明可以有效修补暗点，不会有如传统修补方法中因欠缺暗点区域的位置与特性的相关数据，而产生导致暗点修补效果不佳的问题。
文档编号H01L21/66GK1959338SQ20051011706
公开日2007年5月9日 申请日期2005年10月31日 优先权日2005年10月31日
发明者林耀明, 张宏彰 申请人:致茂电子股份有限公司