專利名稱：三維形貌檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學檢測裝置，特別是涉及一種三維形貌檢測裝置。
背景技術：
精密的形貌檢測是現(xiàn)代科技中非常重要的一環(huán)，當許多元組件漸漸微小化，就更 需要精確可靠的檢測技術來驗證其微結構尺寸或形貌的精度，以控制品質及制造工藝。其 中利用光學非接觸檢測方式的測量技術，可以非破壞方式取得待測物表面精確的形貌數(shù) 據(jù)，已廣泛應用于各種產(chǎn)業(yè)中。 參照圖1，當待測物12形貌表面斜率較大時，因光學顯微鏡11常使用的物鏡倍率 為20倍以下，此區(qū)間的數(shù)值孔徑過小，會造成待測物12表面反射光13無法進入光學顯微 鏡ll，而無法取得待測物表面形貌數(shù)據(jù)。因此，往往只能采用數(shù)值內(nèi)插法，補足所缺的形貌 數(shù)據(jù)，但無法量得實際形貌尺寸及其粗糙度數(shù)據(jù)。 中國臺灣專利TW1229186利用雙視角的線性掃描裝置搭配一斜向光源，可用以檢 測缺陷的大致形狀及尺寸，主要優(yōu)點為可較快速檢測大面積的缺陷，并判斷缺陷為凸起或 凹陷。但是無法精確量取微結構三維形貌尺寸，也沒有解決待測物形貌表面斜率較大時，表 面信號無法被擷取到的問題。 美國專利6， 449， 048利用將干涉儀傾斜一角度，與待測物橫移方向不成垂直，可 直接使用傳統(tǒng)的垂直掃描干涉儀(VSI)及相移干涉儀(PSI)硬件，連續(xù)掃描待測物表面，不 需用影像縫補技術，取得待測物表面形貌。但仍未能解決待測物形貌表面斜率較大時的全 方位角形貌取得的問題。 QED Technology公司則發(fā)展出以傾斜待測物并旋轉的方式，取得較大表面待測物 斜率較大的表面形貌數(shù)據(jù)。但此種方式受限于較小的待測樣品，若待測樣品較大，無法配合 傾斜時，則無法使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對先進制造工藝的切削、壓印、研磨、納米加工產(chǎn)業(yè)，開發(fā)精密機械所需 微結構表面形貌尺寸、大行程納米解析、以及高速測量的共通先進檢測和驗證核心技術。本 發(fā)明提出一種三維形貌檢測裝置，可以有效克服待測物形貌表面斜率較大時，造成待測物 表面反射光信號無法進入顯微鏡，而無法取得待測物表面形貌數(shù)據(jù)的問題。不論是規(guī)則性 簡單微結構或復雜的微結構，均得以利用本發(fā)明進行微結構的檢測，可達納米級的應用。
根據(jù)本發(fā)明一實施范例的三維形貌檢測裝置，其包含至少二光學檢測裝置及一傾 斜角度調(diào)整機構。該傾斜角度調(diào)整機構將至少二光學檢測裝置架設其上，以調(diào)整該光學檢 測裝置的傾斜角度。當至少二光學檢測裝置的傾斜角度改變時，至少二光學檢測裝置的焦 點維持在同一位置(或同一焦平面)，并使待測物位于該至少二光學檢測裝置的視場范圍 (Field of view)內(nèi)。將該至少二光學檢測裝置擷取影像數(shù)據(jù)進行影像重建后，即可得到待 測物的三維形貌。
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本發(fā)明利用傾斜式光學檢測架構，可取得斜率較大的表面形貌數(shù)據(jù)，且可應用于 待測樣品不方便傾斜的狀況。另外，本發(fā)明利用傾斜角度調(diào)整架構可調(diào)整影像檢測裝置至 任意角度，以取得待測物影像并重建三維形貌；且可檢測微結構形貌尺寸及較大表面待測 物的形貌尺寸。


圖1是顯示現(xiàn)有的三維形貌檢測裝置的示意圖； 圖2至圖4是顯示本發(fā)明一實施范例的三維形貌檢測裝置的示意圖 圖5及圖6是顯示本發(fā)明的三維形貌檢測裝置的概念示意圖。 主要元件符號說明 11光學顯微鏡 12待測物 13 反射光 20三維形貌檢測裝置 21 22光學檢測裝置 23 25 樞紐 26 27 旋轉平臺 28 30 馬達 31 43 連接軸 44 50三維形貌檢測裝置 51 52光學檢測裝置 53 55 待測物 60 61 方向角調(diào)整機構
光學檢測裝置
圓弧軌道
待測物
移動平臺
導螺桿
連接軸
光學檢測裝置
傾斜角度調(diào)整裝置
三維形貌檢測裝置
具體實施例方式
本發(fā)明所提供的三維形貌檢測系統(tǒng)架構的實現(xiàn)方法將參考附圖舉例說明如下，但 是所述實現(xiàn)方式僅為例示，而并非為其局限。 如圖2所示，三維形貌檢測裝置20主要包含兩光學檢測裝置21、22，分置于一圓弧 軌道23的兩側。光學檢測裝置21利用樞紐25在圓弧軌道23滑動，光學檢測裝置22亦利 用樞紐(其設置位置類似于樞紐25相對于光學檢測裝置21的位置，但恰為光學檢測系統(tǒng) 22所阻擋而未見于圖中)在圓弧軌道23滑動。圓弧軌道23為一體成型，具良好的剛性，而 可提升光學檢測裝置21、22移動位置的精密度。 根據(jù)此圓弧軌道23的路徑可以調(diào)整光學檢測裝置21和22的傾斜角度，亦即圓弧 軌道23為一傾斜角度調(diào)整機構。圓弧軌道23的圓弧中心為光學檢測裝置21和22的對焦 成像點，使光學檢測裝置21和22的傾斜角度改變時，光學檢測裝置21和22的焦點隨時維 持在同一位置(同一焦平面)。此外，為了要使待測物26的位置落在光學檢測裝置21和 22的視場范圍內(nèi)，或者要取得待測物26的全方位角影像時，可以通過待測物旋轉平臺27及 移動平臺28協(xié)助完成取像工作。 光學檢測裝置21和22分別傾斜一個固定角度后各取像一次，此固定角度的大小 取決于待測物26的表面斜率，然后分別取得的影像經(jīng)由軟件進行縫合而重建出待測物26的形貌。另外，可視待測物26的形貌結構復雜度決定是否需要增設待測物26的轉動平臺
27及移動平臺28，以改變不同視角或檢測位置，取得全方位角的三維形貌影像。 上述三維形貌檢測裝置20的實際運用可如圖3及圖4所示的架構，其中圖3顯示
立體架構，圖4則為側視圖。經(jīng)由兩組步進馬達30轉動導螺桿31，移動連接于光學檢測裝
置21和22的連接軸43及44，使得各光學檢測裝置21和22的樞紐25 (另一樞紐未示于圖
中)可以在圓弧軌道23上滑動。然后光學檢測裝置21和22分別取得的影像可經(jīng)由軟件
進行縫合而重建出待測物形貌。另外，可視待測物的形貌結構復雜度決定是否需要待測物
的轉動及移動平臺，以改變不同視角或檢測位置，取得全方位角的三維形貌影像。 實際應用上，并非以上述實施例為限，圓弧軌道也可以其他的傾斜角度調(diào)整機構
替代，例如連桿機構、X-Y平面位移平臺、旋轉平臺等可實現(xiàn)的機構。該光學檢測裝置21、
22包含光學顯微鏡、干涉儀等。 綜合上述，本發(fā)明的概念如圖5所示，一個三維形貌檢測裝置50包含兩個光學檢 測裝置51、52及一個傾斜角度調(diào)整機構53。光學檢測裝置51、52利用傾斜角度調(diào)整機構 53進行傾斜角度位置調(diào)整，使光學檢測裝置51和52的傾斜角度改變時，其焦點仍隨時維持 在同一位置(同一焦平面)，以針對待測物55進行形貌檢測。三維形貌檢測裝置50可應用 于檢測規(guī)則性簡單微結構，如背光模塊中的增亮膜(BEF)等。 若需檢測如復雜的曲面或錐狀等結構時，復雜微結構是單靠兩組光學檢測裝置及 傾斜角度調(diào)整機構仍無法完成檢測，而需要搭配上可調(diào)整待測物方向角機構才能夠完成檢 測工作。參照圖6，一個三維形貌檢測裝置60除包含兩個光學檢測裝置51、52及一個傾斜 角度調(diào)整機構53夕卜，另包含一待測物方向角調(diào)整機構61，其可包含例如圖2所示的旋轉平 臺27及移動平臺28。 總而言之，本發(fā)明利用傾斜式光學檢測架構，可取得斜率較大的表面形貌數(shù)據(jù)，且 可應用于待測樣品不方便傾斜的狀況。另外，本發(fā)明利用傾斜角度調(diào)整架構可調(diào)整影像檢 測裝置至任意角度，以取得待測物影像并重建三維形貌；且可檢測微結構形貌尺寸及較大 表面待測物的形貌尺寸。 以應用方面而言，例如應用于平面顯示器產(chǎn)業(yè)背光模塊的滾筒模仁加工機，可在 加工完成后直接在加工機上檢測加工精度，不需將工件卸下檢測，若檢測出加工精度不足， 又需再重新上機定位加工的麻煩，可節(jié)省時間，提高效率。又如可應用于半導體產(chǎn)業(yè)、平面 顯示器產(chǎn)業(yè)、光學元件產(chǎn)業(yè)的微結構檢測及光學元件形貌檢測。本發(fā)明可用于顯微鏡支架 架構，用以檢測待測樣品的微結構三微形貌，特別是可以克服斜率較大的表面檢測問題；或 用于檢測較大表面的待測物(如非球面鏡)的形貌尺寸，可確實掌握產(chǎn)品品質，提高工藝效 率。 本發(fā)明的技術內(nèi)容及技術特點已揭示如上，然而本領域技術人員仍可能基于本發(fā) 明的教示而做種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護范圍應不限于實
施范例所公開的，而應包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為權利要求書的范圍所涵
圭
權利要求
一種三維形貌檢測裝置，其特征在于，包含至少二光學檢測裝置；一傾斜角度調(diào)整機構，將該至少二光學檢測裝置架設其上，以調(diào)整該至少二光學檢測裝置的傾斜角度；其中當該至少二光學檢測裝置的傾斜角度改變時，該至少二光學檢測裝置的焦點維持在同一位置，并使待測物位于該至少二光學檢測裝置的視場范圍內(nèi)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的三維形貌檢測裝置，其特征在于該傾斜角度調(diào)整機構為圓 弧軌道。
3. 根據(jù)權利要求2所述的三維形貌檢測裝置，其特征在于該至少二光學檢測裝置設 有樞紐，且利用該樞紐使得該至少二光學檢測裝置于圓弧軌道上移動，以調(diào)整該光學檢測 裝置的傾斜角度。
4. 根據(jù)權利要求2所述的三維形貌檢測裝置，其特征在于該圓弧軌道為一體成型。
5. 根據(jù)權利要求1所述的三維形貌檢測裝置，其特征在于該傾斜角度調(diào)整機構為連 桿機構、X-Y平面位移平臺或旋轉平臺。
6. 根據(jù)權利要求1所述的三維形貌檢測裝置，其特征在于另包含方向角調(diào)整機構，以 調(diào)整該待測物的方向角度。
7. 根據(jù)權利要求6所述的三維形貌檢測裝置，其特征在于該方向角調(diào)整機構包含一 移動平臺及一旋轉平臺。
8. 根據(jù)權利要求1所述的三維形貌檢測裝置，其特征在于該至少二光學檢測裝置各 搭配一組馬達、導螺桿及連接軸，以驅動該至少二光學檢測裝置的移動。
9. 根據(jù)權利要求1所述的三維形貌檢測裝置，其特征在于該光學檢測裝置包含光學 顯微鏡、干涉儀。
10. 根據(jù)權利要求1所述的三維形貌檢測裝置，其特征在于該光學檢測裝置的焦點維持在同一焦平面。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種三維形貌檢測裝置，其包含至少二光學檢測裝置及一傾斜角度調(diào)整機構。該傾斜角度調(diào)整機構將至少二光學檢測裝置架設其上，以調(diào)整該光學檢測裝置的傾斜角度。當至少二光學檢測裝置的傾斜角度改變時，該至少二光學檢測裝置的焦點維持在同一位置，并使待測物位于該至少二光學檢測裝置的視場范圍內(nèi)。將該至少二光學檢測裝置擷取影像數(shù)據(jù)進行影像重建后，即可得到待測物的三維形貌。
文檔編號G01B11/24GK101750027SQ20081018015
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月1日 優(yōu)先權日2008年12月1日
發(fā)明者王偉誠, 郭世炫, 陳金亮 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院