測量圖形化基板的3d顯微鏡和方法

2023-06-29 05:24:31

測量圖形化基板的3d顯微鏡和方法
【專利摘要】用於圖形化基板測量的三維（3D）顯微鏡可包括物鏡、反射照明器、透射照明器、調焦設備、光學傳感器、以及處理器。調焦設備可分多個Z步進對物鏡自動調焦。光學傳感器能夠在這些Z步進中的每一步進採集圖像。處理器可控制反射照明器、透射照明器、調焦設備、以及光學傳感器。處理器可被配置成在多個Z步進採集第一和第二圖像，該第一圖像具有使用反射照明器的圖案而該第二圖像不具有使用反射照明器和透射照明器之一的圖案。
【專利說明】測量圖形化基板的3D顯微鏡和方法
[0001]侯震、J.J.徐、K.K.李、J.N.斯坦頓、
[0002]H.P.源、R.庫迪納、R.索塔曼
[0003]相關申請
[0004]本申請要求侯震於2010年7月23日提交且通過引用結合於此的題為「測量圖形化基板的 3D 顯微鏡和方法(3D Microscope And Methods Of MeasuringPatternedSubstrates)」的美國臨時申請61/367，352的權益。本申請還與2010年6月I日授權給J.J.徐的題為 「3D 光學顯微鏡(3D Optical Microscope)」 的美國專利 7, 729,049,2011年5月17日授權給J*J.徐的題為「3D光學顯微鏡(3D Optical Microscope)」的美國專利7，944，609、J.J.徐於2010年2月3日提交且題為「3D光學顯微鏡(3D OpticalMicroscope)」的美國公開申請2010/0135573、以及J *J.徐於2009年6月27日提交且題為「3D光學顯微鏡的照明器(Illuminator For A3D Optical Microscope)」的美國公開申請 2008/0291533 相關。
[0005]發明背景
【技術領域】
[0006]本發明涉及光學顯微鏡，具體地涉及三維(3D)顯微鏡和測量圖形化基板(PS)的方法。
[0007]相關技術描述
[0008]在與常規光源相比時，由於高亮度發光二極體(HBLED)的可靠性、長壽命、以及環境優勢，它在研究機構和各種產業中引起了極大的興趣。通常，在諸如蘭寶石、碳化矽、以及其他材料之類的透明基板上製造常規HBLED。為了提高光提取效率，製造商經常將基板表面粗糙化以形成圖形，從而可發射更大部分的在有源層中生成的光。
[0009]2003年12月2日授權給Thibeault的題為「通過使用內部和外部光學元件增強 LED 中的光提取(Enhanced Light Extraction In LEDs Through The Use OfInternalAnd External Optical Element)」 的美國專利 6，657，236、以及 2008 年 6 月 10 日授權給Donofrio的題為「用於在發光二極體上形成三維特徵以供改進光提取的方法(Method OfForming Three-Dimensional Features On LightEmitting Diodes For Improved LightExtraction)」的美國專利7，384，809公開了在碳化娃基板上創建各種重複圖形以提高HBLED的光提取效率的方法。如在美國專利7，384，809中描述的，來自二次電子顯微鏡(SEM)的圖像可用於驗證這些圖形化基板的形狀。
[0010]2010年3月23日授權給Tanaka的題為「具有提高外部效率和晶體生長的突起的半導體發光器件(Semiconductor Light Emitting Device With ProtrusionsTo ImproveExternal Efficiency And Crystal Growth)」的美國專利 7，683，386、2010 年 6 月 29 日授權給Niki的題為「半導體發光器件(Semiconductor LightEmitting Device)」的美國專利7，745，245、以及Hsu於2007年7月30日提交的題為「具有圖形化基板的發光器件及其方法(Light Emitting Device Having APatterned Substrate And The Method Thereof)，，的美國公開申請2008/0067916示教了在藍寶石基板上產生重複圖形的各種方式。在這些參考文獻中，提供SEM圖像以確認圖形化藍寶石基板的質量。
[0011]2010年4月27日授權給Fuji的題為「經由在N面表面上製造特徵的高效的基於III族氮化物的發光二極體(Highly Efficient Group-1ll Nitride Based LightEmittingDiodes Via Fabrication Of Features On An N-Face Surface)」 的美國專利 7，704, 763公開了在藍寶石基板上製造HBLED、隨後使用雷射剝離(lift-off)以使該基板從二極體結構脫離的方法。此時，蝕刻工藝可用於在N面的GaP表面上產生隨機的錐形體以實現粗糙化的表面。而來自SEM的圖像可在監測隨機錐形體特徵的形成中使用。
[0012]作為製造工藝開發和工藝控制的一部分，製造商需要測量基板上圖形的幾何形狀。這些測量通常包括圖形特徵的形狀、高度、尺寸、間距、以及間隙。雖然常規SEM可對各個圖形化特徵成像，但是它無法測量高度信息。由此，在HBLED產業中，截面SEM (x-SEM)已變成了標準計量工具。然而，x-SEM是破壞性的方法，其需要在進行測量之前破壞HBLED。另外，x-SEM測量必須在真空環境中進行，因此整個測量過程較慢。此外，購買和維護x-SEM系統的費用是昂貴的。
[0013]數年來，已在半導體產業中使用非破壞性、非接觸式光學系統來測量透明基板上的掩模。例如，2001年11月27日授權給Blaesing-Bangert的題為「用於測量透明基板上的特徵的方法和設備(Method And Device For MeasuringFeatures On A TransparentSubstrate)」的美國專利6，323，953、以及2003年3月25日授權給Fiekowsky的題為「顯微鏡特徵維度測量系統(MicroscopicFeature Dimension Measurement System)」 的美國專利6，539，331示教了使用光學顯微鏡設置來準確地測量光掩模上的線寬的方法。然而，這些方法只可測量線寬(即，橫向維度)，卻無法提供準確的高度信息。
[0014]因此，需要有一種準確、容易使用且相對便宜的非破壞性方法來測量和監測圖形化基板。將在以下詳細描述的本發明滿足該需要。

【發明內容】

[0015]用於圖形化基板測量的三維(3D)顯微鏡可包括物鏡、反射照明器、以及透射照明器。反射照明器可被配置成向圖形化基板樣品提供反射光，並且將圖案化製品的圖像投影到物鏡的焦平面上且從該焦平面移除圖案化製品的圖像。透射照明器可被配置成向圖形化基板樣品提供透射照明。
[0016]3D顯微鏡還可包括調焦設備、光學傳感器、以及處理器。調焦設備可分多個Z步進對物鏡自動調焦。光學傳感器能夠在這些Z步進中的每一步進採集圖像。處理器可控制反射照明器、透射照明器、調焦設備、以及光學傳感器。處理器可被配置成在多個Z步進採集第一和第二圖像，該第一圖像具有使用反射照明器的圖案而該第二圖像不具有使用反射照明器和透射照明器之一的圖案圖像圖像。
[0017]在一個實施例中，圖案化製品是其上具有預定圖案的玻璃。光學傳感器可包括電荷耦合器件(CCD)相機或互補金屬氧化物半導體(CMOS)相機。透射照明器可以是透鏡和透鏡組之一以及發光二極體(LED)。調焦設備可以是機動化的機械Z載臺或壓電Z載臺。機動化的Z載臺可包括耦合到線性軸承的引導螺杆和滾珠螺杆之一。壓電Z載臺可安裝在樣品卡盤或顯微鏡鏡頭轉臺上。[0018]還描述了一種設計用於測量圖形化基板的3D顯微鏡的方法。該方法包括提供上述組件。
[0019]還描述了一種測量圖形化基板樣品的方法。圖形化基板樣品被定義為包括多個圖形化基板特徵。在該方法中，可按預定步進改變圖形化基板樣品和物鏡之間的相對距離。在一個或多個預定步進，可執行以下附加步驟。
[0020]可將圖案化製品的圖像投影到物鏡的焦平面上。可採集帶有與圖案化製品和樣品相關聯的圖案的第一圖像，並且隨後將其存儲在第一圖像陣列中。然後，可從物鏡的焦平面移除圖案化製品的圖像。可採集不帶有與圖案化製品相關聯的圖案的樣品的第二圖像，並且隨後將其存儲在第二圖像陣列中。
[0021]可生成第一掩模以將圖形化基板特徵與圖形化基板樣品的背景區域粗略地區分開。該第一掩模基於第二圖像陣列。可生成第二掩模以將圖形化基板特徵與背景區域準確地區分開。該第二掩模基於第一圖像陣列和第一掩模。
[0022]可使用第一圖像陣列和第二圖像陣列之一以及第二掩模來確定每一圖形化基板特徵的頂部。可使用第二掩模和每一圖形化基板特徵的頂部來計算圖形化基板特徵的幾何參數。
[0023]採集第二圖像可包括使用反射照明器或透射照明器。透射照明器可以是透鏡和透鏡組之一以及發光二極體(LED)。生成第一掩模可包括使用色彩、或者強度、或者色彩和強度兩者的組合。生成第二掩模可包括使用取閾值(thresholding)方法。幾何參數可包括圖形化基板特徵的尺寸、間距、高度、間隙、以及頂部尺寸。改變圖形化基板樣品和物鏡之間的相對距離可包括使用機動化的機械Z載臺或壓電Z載臺。機動化的Z載臺可包括耦合到線性軸承的引導螺杆和滾珠螺杆之一。壓電Z載臺可安裝在樣品卡盤或顯微鏡鏡頭轉臺上。
[0024]在一個實施例中，測量圖形化基板樣品的方法可包括自動地改變圖形化基板樣品和物鏡之間的相對距離。該自動改變可包括第一自動聚焦技術和第二自動聚焦技術。第一自動聚焦技術可包括有條件的提前退出。該有條件的提前退出可包括確定一個以上閾值掃描範圍是否完成。當一個以上閾值掃描範圍完成時，隨後可計算累積對比度值的標準偏差，否則可繼續掃描。有條件的提前退出還可包括確定最大對比度值是否大於指定的最小提前退出閾值、以及當前步進對比度是否比最大對比度小至少標準偏差。如果為是，則批准提前退出，否則不批准。第一自動聚焦技術包括採集Z載臺在掃描步進之間移動時的圖像，由此允許第一自動聚焦的速度與相機幀速率一樣快。
[0025]在一個實施例中，第二自動聚焦技術可採用比第一自動聚焦技術小的步長。第二自動聚焦技術可包括檢測對比度下降趨勢。該對比度下降趨勢可以是具有峰值對比度的掃描步進，跟隨其後的是逐漸降低對比度值的至少多個掃描步進。在一個實施例中，多個掃描步進可以是四個掃描步進。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1A示出可便於測量圖形化基板的示例性照明器。
[0027]圖1B示出示例性圖案化製品。
[0028]圖2示出配置成測量圖形化基板的3D顯微鏡系統的第一實施例。
[0029]圖3示出配置成測量圖形化基板的3D顯微鏡系統的第二實施例。[0030]圖4示出配置成測量圖形化基板的3D顯微鏡系統的第三實施例。
[0031]圖5示出可替代圖2和3所示的光源的示例性光源。
[0032]圖6示出相對於樣品移動光學器件的示例性定位組件。
[0033]圖7示出在上述3D顯微鏡系統中可用的示例性軟體代碼和界面。
[0034]圖8示出示例性兩輪(two-pass)自動聚焦技術。
[0035]圖9A示出示例性自動聚焦首輪技術。
[0036]圖9B示出示例性自動聚焦首輪提前退出確定技術。
[0037]圖9C示出示例性自動聚焦次輪技術。
[0038]圖10示出示例性圖形化基板測量技術。
[0039]圖11示出可便於將圖形化基板特徵與基板區分開的示例性二元掩模。
[0040]圖12不出使用手動3D光學系統的不例性測量技術。
[0041]圖13示出使用自動3D光學系統的示例性測量技術。
[0042]附圖的詳細描述
[0043]如在本文中所使用的術語「圖形化基板」描述粗糙化的表面。該粗糙化的表面可在HBLED產業中使用的透明基板(例如，藍寶石、碳化矽、GaP等)上形成。圖形化基板的各個實施例可使用重複特徵或隨機特徵。
[0044]圖1A示出配置成在用於測量圖形化基板的3D顯微鏡中使用的示例性照明器100。照明器100包括可構成兩個光路(如點劃線所示)的兩個光源101和102。具體地，第一光路包括光源101、第一分束器103、消色差雙合透鏡105、雙凸透鏡106、以及第二分束器107。第二光路包括光源102、圖案化製品104、第一分束器103、消色差雙合透鏡105、雙凸透鏡
106、以及第二分束器107。多引腳連接器108可經由電線激活光源101和102。
[0045]在一個實施例中，照明器100的光學組件可安裝在具有兩個開口(例如，頂部開口和底部開口)的暗箱(未示出)內部。頂部開口可位於分束器107正上方，而底部開口可位於分束器107的正下方。這兩個開口允許來自兩個光路的光與外部世界交互。
[0046]如在下文中詳細描述的,在照射到分束器107之後,來自第一和第二光源之一的光傳播通過物鏡並且隨後照射到樣品表面。反射光向後傳播通過物鏡、分束器107、以及耦合透鏡(未示出)。相機接收該反射光並形成圖像(參見例如圖2)。
[0047]在優選實施例中，光源101和102可包括發光二極體(LED);然而，諸如滷素燈、光纖耦合燈、雷射器等其他光源也可使用並且在本發明的範圍內。注意，雖然透鏡105和106可被描述為消色差雙合透鏡和雙凸透鏡，本領域技術人員應當理解，其他類型的透鏡也可使用並且在本發明的範圍內。
[0048]圖1B示出圖案化製品104的一個實施例。在本實施例中，圖案化製品104包括其上具有二維網格圖案的表面。在其他實施例中，也可使用諸如均勻間隔的暗點(opaquedot)陣列之類的不同類型的圖案。實際上，任何圖案都可以，只要它滿足以使條件:(1)它具有高對比度；(2)它是有規律的或者隨機的；(3)它是半透明的；以及(4)其最小特徵尺寸與所使用的成像光學傳感器的採樣解析度相匹配。
[0049]注意，圖案化製品104可以是玻璃、攝像膠片、或者能夠攜載該圖案的其他透明材料。圖案化製品104的圖案化表面位於包括透鏡105和106的透鏡組的有效焦平面。如在下文中詳細描述的，圖案化製品104可在照明器100中用於將該圖案的圖像投影到物鏡的焦平面上以產生足夠的對比度，從而可獲取樣品(例如，圖形化基板)的3D高度信息。
[0050]圖2示出配置成測量圖形化基板的3D顯微鏡系統200的第一實施例。注意，照明器100在圖2中的側視圖中示出。為了避免不必要的混亂，在示出系統200時，只示出照明器100內部的光源101和分束器107。無論何時提及照明器100的其他組件，都建議讀者參考圖1。由於照明器100在該配置中提供了反射照明，因此它被稱為反射照明器。圖2中的點劃線示出光沿其傳播的光軸。
[0051]顯微鏡物鏡210安裝在轉臺260上。轉臺260可裝至少一個物鏡，並且安裝在照明器100的底部開口正下方。當光源101或102接通時，包括透鏡105和106的透鏡組將光源的圖像投影到顯微鏡物鏡210的入射光瞳上，由此確保樣品220的均勻照明。此外，當光源102接通時，包括透鏡105和106的透鏡組將該圖案化製品104上的圖案的圖像投影到物鏡210的焦平面上。
[0052]定位裝置230 (為了簡便起見被示為雙箭頭)可用來改變樣品220和物鏡210之間的相對位置。由此，樣品220上的不同特徵可進入物鏡210的焦面。在優選實施例中，定位裝置230可包括機動化的Z載臺或壓電Z載臺。在其他實施例中，可使用能改變樣品220和物鏡210之間的相對位置的其他方式。例如，物鏡210可安裝在壓電致動器上，由此允許樣品220在物鏡210上下移動時保持靜止。定位裝置230還可包括手動或機動化的XY載臺(未示出)，由此允許樣品220在水平面上移動。因此，定位裝置230可提供XYZ範圍的運動。本領域技術人員應當了解所述定位裝置230的變體。
[0053]稱合器240結合物鏡210在光學傳感器250上產生樣品220的圖像。在優選實施例中，光學傳感器250可以是電荷稱合器件(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)相機。取決於圖形化基板樣品的類型，耦合器240可具有單一放大倍率或可變放大倍率。例如，耦合器240可包含安裝在線性滑動器上的IX透鏡和2X透鏡。
[0054]光源280向樣品220提供透射照明。由此，光源280被稱為透射照明器。在優選實施例中，光源280是LED。在其他實施例中，可使用諸如滷素燈、光纖耦合燈、雷射器等光源。樣品220可坐落在由中間有通孔的透明玻璃板或金屬板構成的卡盤270上，從而允許來自光源280的光穿過。處理器290可用於控制定位裝置230、照明器100、光源280、以及光學傳感器250。處理器290還可分析數據並產生樣品220的3D圖像。在一個實施例中，處理器290可包括個人計算機。
[0055]圖3示出配置成測量圖形化基板的3D顯微鏡系統300的第二實施例。注意，具有相同附圖標記(例如，跨諸如圖2和3之類的各個附圖)的組件指示那些組件提供相同的功能，因此在本文餘下部分中不再詳細地描述。在系統300中，可將透鏡301插在光源280和卡盤270之間以更好地集中透射光。注意，透鏡301可以是單個透鏡或透鏡組。
[0056]圖4示出配置成測量圖形化基板的3D顯微鏡系統400的第三實施例。在本實施例中，在系統400中可包括提供透射照明的兩個照明器100A和100B (參見例如圖1)、以及將圖案化製品(圖1)的圖像從底部側投影到物鏡210的焦平面上的裝置。聚光透鏡401可插在光源101 (在照明器100B中)和卡盤270之間，以使物鏡210的數值孔徑與透射光的數值孔徑相匹配。
[0057]圖5示出提供在系統200和300 (圖2和3)中使用的光源280的替換物的光源500。在一個實施例中，光源500包括可經由電子板控制的發光二極體(LED)陣列。LED陣列可置於壓電臺510的頂部。包括中間有通孔的透明玻璃板或金屬板的卡盤270可置於光源500的頂部，並且樣品220隨後可置於卡盤270的頂部。注意，為了使讀者理解，在圖5中卡盤270、光源500、以及壓電臺510被示為間隔開，並且在實際實現中可以分層配置緊固
在一起。
[0058]當要測量的樣品220上的區域在物鏡210下移動時，該陣列中的接近所測量區域的特定LED可接通以提供透射照明。壓電臺510允許樣品220的精確垂直移動。注意，壓電臺510提供定位裝置230 (圖2和4)的一個可能的實施例。此外注意，樣品220可置於具有或不具有光源500的卡盤270上。定位裝置230可用於相對於樣品220將光學器件移動到標稱焦點。然後，在較高精度的步進中，壓電臺510可相對於光學器件移動樣品220。
[0059]圖6示出定位裝置230 (圖2、3、4)的另一實施例。在本實施例中，定位裝置可相對於樣品移動光學器件。該移動可由一對線性軸承600引導。引導螺杆或滾珠螺杆610可由馬達620驅動。為了實現高Z移動解析度，物鏡可安裝在壓電Z驅動器630上，該壓電Z驅動器630進而可安裝在物鏡轉臺上。在準確步進中，壓電Z驅動器630可上下移動物鏡。注意，相同類型的機構可用於相對於光學器件移動樣品。
[0060]在提供高Z移動解析度的另一實施例中，可將壓電Z驅動器安裝到引導螺杆/滾珠螺杆610上。在該配置中，隨後可通過引導螺杆/滾珠螺杆610將照明器、物鏡轉臺、以及物鏡移動到標稱焦點位置。
[0061]3D顯微鏡系統可採用兩種相機控制方法來進行數據和圖像採集。在第一方法中，對於每一掃描，該系統接通第一和第二光源之一，將Z載臺移動到期望位置，並且將觸發信號發給相機以採集圖像。一旦圖像數據從相機傳送到計算機存儲器，該系統就切換到另一光源(如果需要)，並且將另一觸發信號發給相機。然後，該系統將Z載臺移動到下一位置並且重複該過程，直至多個Z步進完成。
[0062]在第二方法中，對於每一掃描，該系統在連續運動中將樣品從起始位置移動到結束位置，而不停止。從在引導螺杆/滾珠螺杆機構中使用的馬達的編碼器計數的位置或者從Z驅動器或Z載臺的位置傳感器生成相機觸發信號。然後，該系統電子器件以相等間隔向相機發出觸發信號以採集圖像。每一觸發信號之間的間隔被編程為與相機的傳送率相匹配。該系統將數據連續地傳送到PC存儲器，直至該載臺完成其運動。注意，在第二方法中，該系統在掃描開始時將第一和第二光源中的一個接通，並且在掃描期間不切換光源。如果需要次輪，則該系統使用另一光源來進行另一連續的運動掃描。
[0063]圖7示出用於測量圖形化基板的3D顯微鏡系統軟體和界面700的示例性組件。操作人員可經由圖形用戶界面710與3D顯微鏡系統交互。自動聚焦算法720可優化數據收集設置並且增強測量可重複性。配方730可控制數據採集參數並且調用適當的分析算法。圖形化基板分析軟體包740可包括處理原始數據且計算各個圖形化基板特徵的幾何參數的各種算法。報告軟體包750可提供圖形化基板特徵尺寸、間距、高度、間隙等的格式化輸出。
[0064]由於樣品厚度變化，圖形化基板樣品上的不同位置可具有相對於物鏡的不同Z位置。另外，圖形化基板樣品不是平坦的，而是具有表面紋理(即，垂直方向輪廓)。因此，在每一圖形化基板測量之前，樣品上要測量的點需要聚焦。該聚焦可手動地完成，但是所得起點的精度或重複性可變化。為了減小掃描起點變化對圖形化基板測量的重複性的影響，可用自動聚焦過程讓掃描從一致的起始Z位置開始。
[0065]注意，用於搜索最佳聚焦的簡單的常規方法可能將命令Z載臺以預定義步長且在每一步進處步進通過整個搜索範圍、等待直至Z運動了結、命令相機採集圖像，並且隨後等待圖像數據到達。在分析來自所有步進的圖像對比度之後，可確定與最高對比度相對應的Z位置。最高對比度的位置可以是最佳猜測焦點Z位置。當該簡單的方法起作用且準確時，它是非預期地慢。
[0066]本發明的自動聚焦技術可利用來自所投影圖案以及樣品本身在3D顯微鏡圖像上所產生的對比度。當一部分樣品表面接近焦平面時，相應部分的圖像對比度變高，並且將在該部分樣品表面位於焦平面時達到峰值。本文中所描述的自動聚焦技術可分為兩輪:對速度進行優化的首輪；以及對精度進行優化的次輪。
[0067]圖8示出示例性兩輪自動聚焦技術800。在技術800中，假設定位裝置為可上下移動圖形化基板樣品的Z載臺。在步驟801，該系統可設置用於首輪的參數。示例性參數可包括掃描範圍、步長和速度、以及提前退出閾值(在下文中詳細描述)。在一個實施例中，提前退出閾值可以是用戶提供的。在步驟802，進行首輪的自動聚焦，這產生一個聚焦Z位置的最佳估計值。在步驟803，基於經驗結果(例如，用典型系統的先前實驗)確定與首輪最佳估計值的偏移量。表格I (在下文中)不出各個步長和相機幀速率的典型偏移量。
[0068]表格I
【權利要求】
1.一種用於圖形化基板測量的3D顯微鏡，所述3D顯微鏡包括: 物鏡； 反射照明器，所述反射照明器被配置成向包括圖形化基板的樣品提供反射光，並且將圖案化製品的圖像投影到所述物鏡的焦平面上且從所述焦平面移除所述圖案化製品的圖像； 透射照明器，所述透射照明器被配置成向所述樣品提供透射照明； 用於分多個Z步進對物鏡自動調焦的調焦設備； 能夠在每一 Z步進採集圖像的光學傳感器；以及 用於控制所述反射照明器、所述透射照明器、所述調焦設備、以及所述光學傳感器的處理器，所述處理器被配置成在多個Z步進採集第一和第二圖像，所述第一圖像具有使用所述反射照明器的圖案而所述第二圖像不具有使用所述反射照明器和所述透射照明器之一的圖案。
2.如權利要求1所述的3D顯微鏡，其特徵在於，所述圖案化製品是其上具有預定圖案的玻璃。
3.如權利要求1所述的3D顯微鏡，其特徵在於，所述光學傳感器包括電荷耦合器件(CXD)相機和互補金屬氧化物半導體(CMOS)相機之一。
4.如權利要求1所述的3D顯微鏡，其特徵在於，所述透射照明器是透鏡和透鏡組之一以及發光二極體(LED)。
5.如權利要求1所述的3·D顯微鏡，其特徵在於，所述調焦設備是機動化的機械Z載臺和壓電Z載臺之一。
6.如權利要求5所述的3D顯微鏡，其特徵在於，機動化的Z載臺包括耦合到線性軸承的引導螺杆和滾珠螺杆之一。
7.如權利要求5所述的3D顯微鏡，其特徵在於，所述壓電Z載臺安裝在樣品卡盤和顯微鏡鏡頭轉臺之一上。
8.一種設計測量用3D顯微鏡的方法，所述方法包括: 提供物鏡； 提供反射照明器，所述反射照明器被配置成向樣品提供反射光，並且將圖案化製品的圖像投影到所述物鏡的焦平面上且從所述焦平面移除所述圖案化製品的圖像； 提供透射照明器，所述透射照明器被配置成向所述樣品提供透射照明； 提供用於分多個Z步進對物鏡自動調焦的調焦設備； 提供能夠在每一 Z步進採集圖像的光學傳感器；以及 提供用於控制所述反射照明器、所述透射照明器、所述調焦設備、以及所述光學傳感器的處理器，所述處理器被配置成在多個Z步進採集第一和第二圖像，所述第一圖像具有使用所述反射照明器的圖案而所述第二圖像不具有使用所述反射照明器和所述透射照明器之一的圖案。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述圖案化製品是具有預定圖案的玻璃。
10.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述光學傳感器包括電荷耦合器件(CCD)相機和互補金屬氧化物半導體(CMOS)相機之一。
11.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述透射照明器是透鏡和透鏡組之一以及發光二極體(LED)。
12.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述調焦設備是機動化的機械Z載臺和壓電Z載臺之一。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，機動化的Z載臺包括耦合到線性軸承的引導螺杆和滾珠螺杆之一。
14.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述壓電Z載臺安裝在樣品卡盤和顯微鏡鏡頭轉臺之一上。
15.一種測量圖形化基板樣品的方法，所述圖形化基板樣品包括多個圖形化基板特徵，所述方法包括: 按預定步進改變所述圖形化基板樣品和物鏡之間的相對距離； 在所述預定步進中的一個或多個預定步進: 將圖案化製品的圖像投影到所述物鏡的焦平面上； 採集帶有與所述圖案化製品和所述樣品相關聯的圖案的第一圖像，並且將所述第一圖像存儲在第一圖像陣列中； 採集不帶有與所述圖案化製品相關聯的圖案的樣品的第二圖像，並且將所述第二圖像存儲在第二圖像陣列中； 基於所述第二圖像陣列生成第一掩模，從而將所述圖形化基板特徵與所述圖形化基板樣品的背景區域粗略地區分開；· 基於所述第一圖像陣列和所述第一掩模生成第二掩模，從而將所述圖形化基板特徵與所述背景區域準確地區分開； 使用所述第一圖像陣列和所述第二圖像陣列之一以及所述第二掩模來確定每一圖形化基板特徵的頂部；以及 使用所述第二掩模和每一圖形化基板特徵的頂部來計算圖形化基板特徵的幾何參數。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，採集所述第二圖像包括使用反射照明器和透射照明器之一。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述透射照明器是透鏡和透鏡組之一以及發光二極體(LED)。
18.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，生成所述第一掩模包括使用色彩或者強度、或者色彩和強度兩者的組合。
19.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，生成所述第二掩模包括使用取閾值方法。
20.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述幾何參數包括所述圖形化基板特徵的尺寸、間距、高度、間隙、以及頂部尺寸。
21.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，改變所述圖形化基板樣品和所述物鏡之間的相對距離包括使用機動化的機械Z載臺和壓電Z載臺之一。
22.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，機動化的Z載臺包括耦合到線性軸承的引導螺杆和滾珠螺杆之一。
23.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述壓電Z載臺安裝在樣品卡盤和顯微鏡鏡頭轉臺之一上。
24.一種測量圖形化基板樣品的方法，所述圖形化基板樣品包括多個圖形化基板特徵，所述方法包括: 按預定步進自動改變所述圖形化基板樣品和物鏡之間的相對距離，所述自動改變包括自動聚焦； 在所述預定步進中的一個或多個預定步進: 將圖案化製品的圖像投影到所述物鏡的焦平面上； 採集帶有與所述圖案化製品和所述樣品相關聯的圖案的第一圖像，並且將所述第一圖像存儲在第一圖像陣列中； 採集不帶有與所述圖案化製品相關聯的圖案的樣品的第二圖像，並且將所述第二圖像存儲在第二圖像陣列中； 基於所述第二圖像陣列生成第一掩模，從而將所述圖形化基板特徵與所述圖形化基板樣品的背景區域粗略地區分開； 基於所述第一圖像陣列和所述第一掩模生成第二掩模，從而將所述圖形化基板特徵與所述背景區域準確地區分開； 使用所述第一圖像陣列和所述第二圖像陣列之一以及所述第二掩模來確定每一圖形化基板特徵的頂部；以及 使用所述第二掩模和每一圖形化基板特徵的頂部來計算圖形化基板特徵的幾何參數。
25.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，採集所述第二圖像包括使用反射照明器和透射照明器之一。
26.如權利要求25所述·的方法，其特徵在於，所述透射照明器是透鏡和透鏡組之一以及發光二極體(LED)。
27.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，生成所述第一掩模包括使用色彩或強度、或色彩和強度兩者的組合。
28.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，生成所述第二掩模包括使用閾值方法。
29.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，所述幾何參數包括所述圖形化基板特徵的尺寸、間距、高度、間隙、以及頂部尺寸。
30.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，改變所述圖形化基板樣品和所述物鏡之間的相對距離包括使用機動化的機械Z載臺和壓電Z載臺之一。
31.如權利要求30所述的方法，其特徵在於，機動化的Z載臺包括耦合到線性軸承的引導螺杆和滾珠螺杆之一。
32.如權利要求30所述的方法，其特徵在於，所述壓電Z載臺安裝在樣品卡盤和顯微鏡鏡頭轉臺之一上。
33.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，所述自動聚焦包括第一自動聚焦技術和第二自動聚焦技術。
34.如權利要求33所述的方法，其特徵在於，所述第一自動聚焦技術包括有條件的提前退出。
35.如權利要求34所述的方法，其特徵在於，所述有條件的提前退出包括確定一個以上閾值掃描範圍是否完成。
36.如權利要求35所述的方法，其特徵在於，當一個或多個閾值掃描範圍完成時，則計算累積對比度值的標準偏差，否則繼續掃描。
37.如權利要求36所述的方法，其特徵在於，所述有條件的提前退出還包括確定最大對比度值是否大於指定的最小提前退出閾值、以及當前步進的對比度是否比最大對比度小至少所述標準偏差。
38.如權利要求34所述的方法，其特徵在於，所述第一自動聚焦技術包括在所述Z載臺在掃描步進之間移動時採集圖像，由此允許所述第一自動聚焦的速度與相機幀速率一樣快。
39.如權利要求34所述的方法，其特徵在於，所述第二自動聚焦技術採用比所述第一自動聚焦技術小的步長。
40.如權利要求39所述的方法，其特徵在於，所述第二自動聚焦技術包括檢測對比度下降的趨勢。
41.如權利要求40所述的方法，其特徵在於，所述對比度下降的趨勢是具有峰值對比度的掃描步進，之後是逐漸下降對比度值的至少多個掃描步進。
42.如權利要求41所述·的方法，其特徵在於，所述多個掃描步進是四個掃描步進。
【文檔編號】H04N13/02GK103858426SQ201180036105
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2011年7月14日 優先權日:2010年7月23日
【發明者】侯震, J·J·徐, K·K·李, J·N·斯坦頓, H·P·源, R·庫迪納, R·索塔曼 申請人:澤伊塔儀器科技（上海）有限公司