图1chroma白光干涉三维检测系统

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1、白光干涉三維檢測系統介紹與應用作者：廖界程、張維哲、羅文期摘要在眾多高科技產業中，諸如半導體、平面顯示器、光纖通訊、微機電、生物醫學與電子封裝等，由於微結構表面輪廓的準確性決定了產品的效能與功能，在其製程中皆需針對微結構的表面輪廓品質進行監測。有鑑於此，本研究針對業界需求不同開發出型號Chroma7501/7502離線型(offline)以及Chroma7505線上型(online)白光干涉三維檢測系統，如圖1(a)與圖1(b)，使用創新的垂直掃描演算法與暗點修補方式，可濾除無干涉資料點的影響，垂直解析能力最高

2、達到0.1nm，量測重複度可達到2nm(1σ)，並具備多種檢測功能，對於斷差高度、夾角、面積、體積、粗度、起伏以及薄膜厚度等需求，提供一個快速且精確的檢測方案。(a)Chroma7502(b)Chroma7505圖1：Chroma白光干涉三維檢測系統關鍵字：白光干涉、垂直掃描、三維檢測、奈米尺度檢測。1.前言近年來高科技產業如半導體、電子封裝、平面顯示器、微機電等各產業蓬勃發展，其檢測應用需求也相對龐大，目前各產業皆已大量使用AOI檢測機台取代人工檢測，但由於製程尺度縮小，高精度與快速的檢測能力發展更顯重要，故

3、AOI檢測能力極待提升以因應產業需求，而探討AOI檢測能力提升一般可以分為下列二類：(1)在檢測尺度的需求上，由於製造技術的不斷提升，製程尺度縮小，奈米尺寸之微小結構物如:LCD間隔物(spacer)、微機電、電子封裝等高科技產品之檢測需求也因應而生，故檢測技術的尺度亦需要提升至奈米等級，才足夠解析產品製程以確保良率。(2)在檢測項目上，除了瑕疵、缺件、汙損等傳統二維方向的檢測，在製程溝槽深度、長晶高度與表面粗糙度等等三維形貌的檢測需求，也成為檢測中重要的一環。有鑑於上述二點，發展奈米級三維輪廓檢測系統為產業迫

4、切的需求，並且為我國產業升級必備之工具。分析現有的三維檢測各型式設備，如圖2所示，探針式輪廓儀(StylusProfiler)屬於接觸式的量測，有傷害待測物表面的疑慮，共焦式顯微鏡(Confocalgauge)則量測精度較差，至於掃描式探針顯微鏡(ScanningProbeMicroscope)雖有較佳的水平與垂直解析度，但量測速度慢且不適合高斷差測量。相較於前述幾者，白光干涉三維檢測系統的特性有以下優點：(1)採用非接觸式量測技術，不破壞待測物體表面。(2)面量測而非逐點掃描，量測速度快。(3)水平軸方向上可

5、達微米解析度與厘米量測範圍，垂直軸方向上則是擁有奈米解析度與微米量測範圍，量測準確度高。圖2：三維檢測技術的規格2.系統架構圖3為本研究提出之Chroma7502系統設計圖，其中光學組件包括：顯微鏡鏡組、白光光源以及取像模組(相機與干涉物鏡鏡頭)，提供干涉資訊的建立與影像擷取，光機機構組件主要用來輔助待測物體之位置調整，以方便使用者進行影像對焦與傾斜角度修正；掃描系統則由PZT主體以及驅動控制器所組成，其功能為驅動干涉物鏡進行掃描。由光學、光機以及電控系統組件所組成之白光干涉光學系統，經由系統校正後，即可透過垂

6、直掃描技術擷取待測物體的三維輪廓，同時進行相關尺寸檢測。圖3：白光干涉三維檢測系統示意圖Chroma7501/7502為離線型(Offline)的白光干涉三維檢測系統，其中Chroma7501機型為一款搭配四軸調整移動平台之手動版本檢測機型，可依據不同實驗作彈性修改，最適用於業界研發單位及學術界使用，而Chroma7502機型則配備五軸電動以及一軸手動調整移動平台之機型，該機型在短短的幾秒鐘之內無需繁複的操作，系統即可自動將待測物體調整至最佳對焦位置，並予以調平進行檢測，另外，透過電腦控制移動平台進行大面積接圖

7、檢測，水平軸向的檢測範圍可達到70×70mm，並可依據客戶需求修改平台尺寸。上述兩種機型皆可使其樣品不需前處理即可進行非破壞、快速的表面形貌檢測與分析。Chroma7505為線上型(Online)的白光干涉三維檢測系統，為一款配備三軸電動大行程移動平台的機型，可載入待測物體的CAM檔，針對圖檔位置的之中多個欲檢測區域進行腳本編輯，並依據腳本對其他同型式的待測物體進行自動化檢測，最適合業界的生產單位使用，可有效提升檢測速度，為兼具檢測精度與速度的線上型自動化三維檢測系統。3.量測原理與系統校正3.1白光干涉量測原

8、理白光干涉原理是利用白光同調性短不易產生干涉的特性，透過頻率與振幅相近的光波，可以形成如圖4(b)所示的低同調性白光干涉波包，相較於單頻光，白光干涉有雜訊少的優點，在求取三維表面資訊上，白光干涉利用兩道相同特性之光波在零光程差時條紋對比最明顯之特性，來判定零光程差的發生位置，藉此取得待測物體的三維表面形貌變化。(a)各波長同調示意圖(b)白光干涉波包圖4：白光干涉波包形成示意圖圖5為白