CN101881603A

CN101881603A - 横向扫描干涉量测方法与系统

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Publication number: CN101881603A
Application number: CN2009101364517A
Authority: CN
Inventors: 陈亮嘉; 林宜萱; 张奕威
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2010-11-10

Abstract

本发明提出一种横向扫描干涉量测方法与系统，其利用具有倾角的参考反射元件以产生具倾角的参考光与测物光进行干涉，再配合横向移动而以单一物镜或者是阵列式的物镜来将干涉光导引至影像采集元件，进而采集关于物体表面形貌信息的干涉影像。由于参考反射元件具有倾角使得参考光所产生的光波前所形成的平面产生倾斜，因此横向移动的物体表面各部份的形貌在进入该光波前平面所形成的光干涉同调范围时会产生干涉条纹，而在当表面形貌与该光波前平面达到零光程差时则产生最大的干涉信号。通过本发明的方法与系统可以减少习用垂直扫描所需要花费的时间，使量测系统能达成线上量测。

Description

横向扫描干涉量测方法与系统

技术领域

本发明涉及一种干涉技术(interferometry)，特别涉及一种横向扫描干涉量测技术。

背景技术

由于光学或光电结合的方法具有高准确度与非接触等特点，因此常用于检测微小物体的轮廓、厚度或尺寸。随着光学技术的进步发展，目前已有许多光学非接触量测技术已广泛的被运用，包括共焦量测技术(Confocal Microscopy)、相位移干涉量测技术(Phase Shifting Interferometry)、白光干涉垂直扫瞄技术(Vertical Scanning of White-light Interferometry)等，不同的量测技术适用于不同的量测条件和不同应用领域。

传统的白光干涉垂直扫描技术其原理是以光学式垂直扫描的量测方式，其利用一白光打入一干涉镜组中，光经由物镜内部的反射形成参考光以及由物体所反射的测物光在零光程差时会产生清晰干涉影像。再经由深度的垂直扫描来获得不同深度的干涉信号影像，并由电脑将不同深度所得的干涉信号影像重建，即可求得物体三度空间影像信息。由上述方法可以得知，白光干涉系统均利用垂直扫描的方式来获得三维轮廓资料，然而该类技术尚存在下列欲解决的问题：(1)传统的白光干涉系统取像时，由于需要通过进行Z轴方向垂直扫描以取得关于物体于特定位置上的清晰干涉影像，因此扫描时间较长，将造成量测效率不佳故无法进行线上的即时量测工程。(2)由于属于垂直扫描性质，故易受到线上量测环境振动问题的干扰，造成量测结果的不准确。

而在美国专利US.Pat.No.6,449,048的文献中提出了解决前述问题的方式，在该技术中，主要是将干涉量测系统倾斜再配合横向扫描的方式以替代习用的垂直扫描法以检测物体92的表面形貌，如图1所示，其具有光源10、准直镜组11、分光元件12、参考反射元件13以及影像采集装置14。不过由于干涉扫描系统多半使用高倍率的物镜，因此物镜与物体表面之间的距离相当接近(也指工作距离(working distance)很小)，因此当物体进行横向移动时，物体容易碰撞到物镜，而造成量测时不便利性。为了考量物镜和物体之间的工作距离，所以在选择物镜倍率上有所局限。此外，若将整组白光干涉系统倾斜进而达成横向扫描，也会有为了避免量测系统碰撞物体而必须限制量测物的高度的问题。即使在该技术中可以利用增加物镜与物体的距离而避免接触的问题，不过这样的方式将使得所使用的物镜其N/A值降低而且价格昂贵，更会对于高倾斜率或者是具较高曲率的量测表面产生负面的影响。

另外，在美国专利US.Pat.No.7,330,574所揭露的一种评估横向扫描的最佳距焦技术，其基于US.Pat.No.6,449,048所具有倾角的横向扫描系统的基础，改良物镜的设计，使物镜具有由多个微型化的显微元件所构成的一显微镜阵列的最佳距焦平面可以在横向扫描过程中与物体的表面相交。由于扫描系统具有倾角，因此每一个微型化的显微元件与物体表面的距离会不同，因此，在物体横向移动时通过聚焦品质的追踪而可以辨识出物体表面的每一个位置所具有的最佳聚焦距离。由于该技术也是让物体与干涉系统间距有一倾角，因此，同样会有US.Pat.No.6,449,048所具有的问题。

发明内容

本发明的目的在于，解决现有横向扫描干涉量测系统中，使物体与干涉系统间距有一倾角，物镜与物体表面之间的距离相当接近，当物体进行横向移动时，物体容易碰撞到物镜，而造成量测不便的技术问题。

为达到上述目的，本发明提出一种横向扫描干涉量测方法，包括：提供一横向扫描干涉量测系统，具有一光源，提供一检测光，一干涉镜组，包括有一分光元件以及一参考反射元件，该分光元件将该检测光分成一第一检测光以及一第二检测光，该第一检测光投射至一物体上而形成一测物光，该第二检测光投射至该参考反射元件形成一参考光，其与该测物光干涉以形成一干涉光以及一影像感测模组，其采集该干涉光；倾斜该参考反射元件使该参考反射元件具有一倾角；以及对该物体进行横向扫描使该影像感测模组采集干涉光而形成一干涉影像。

在另一实施例中，本发明更提供一种横向扫描干涉量测系统，包括：一光源模组，提供一检测光；一干涉镜组，具有一分光元件以及一参考反射元件，该分光元件，其将该检测光分成一第一检测光以及一第二检测光，该第一检测光投射至一物体而形成一测物光，该参考反射元件，具有一倾角，该参考反射元件反射该第二检测光形成一参考光，该参考光与该测物光相互干涉以形成一干涉光；一影像感测模组，接收该干涉光以形成干涉影像；以及一移动平台，承载该物体，该移动平台进行一横向移动。

在另一实施例中，本发明更提供一种横向扫描干涉量测系统，包括一光源模组，其提供多道检测光；一干涉镜组，具有至少一微物镜模组、至少一分光元件以及至少一参考反射元件，该分光元件，分别将每一道检测光分成一第一检测光以及一第二检测光，该第一检测光投射至一物体而形成一测物光，该参考反射元件，具有一倾角，该参考反射元件反射该第二检测光以形成一参考光，该参考光与该测物光相互干涉形成一干涉光，该微物镜模组中的每一微物镜具有一对焦景深范围，使该微物镜模组形成具有该倾角的一连续光干涉同调平面；一影像感测模组，其具有多个影像感测单元，该影像感测模组感测由每一微物镜所产生的干涉光形成干涉影像；以及一移动平台，承载该物体，该移动平台进行一横向移动。

本发明的有益效果在于，将参考反射元件倾斜一角度，可使产生干涉信号的零光程差平面也产生倾斜，因此可使用横向扫描来代替传统的垂直扫描，即时获得物体剖面信息，可完全避免垂直扫描所耗费的时间。

附图说明

图1为习用的垂直扫描式横向扫描干涉量测系统示意图；

图2为本发明的横向扫描干涉量测系统示意图；

图3A与图3B为本发明的干涉镜组第一实施例示意图；

图3C为本发明的另一横向扫描干涉量测系统示意图；

图3D为微物镜模组另一实施例示意图；

图3E为本发明的影像感测模组另一实施例示意图；

图4A为该干涉光强度示意图；

图4B为于干涉影像中的特定方向所采集的影像对应至影像采集模组中的像素位置示意图；

图4C为利用本发明的干涉镜组所得到的干涉影像示意图；

图5A为本发明的干涉镜组第三实施例示意图；

图5B为本发明的干涉镜组第四实施例示意图；

图5C为本发明的子干涉镜组实施例立体示意图；

图5D为图5B的二维排列微物镜模组示意图；

图6A为本发明的干涉镜组第五实施例示意图；

图6B为本发明的干涉镜组第六实施例示意图；

图6C为图6B的二维排列微物镜模组示意图；

图7A为本发明的横向扫描干涉量测方法流程示意图；

图7B为本发明的三维形貌量测方法流程示意图；

图8为物体移动光程差改变示意图；

图9A为校正的参考反射元件的三维轮廓示意图；

图9B为校正参考反射元件平面的剖面图；

图10为干涉影像上的特定位置所具有的干涉信号示意图；

图11A为记录干涉光强示意图；

图11B为利用列高度信息或者是行高度信息所还原的物体表面形貌示意图；

图12为待测的物体立体示意图；

图13A至图13D为利用本发明的横向扫描干涉量测系统所得到的连续干涉影像示意图；

图14A与图14B为还原图12的物体所得到的表面形貌立体与剖面示意图。

附图标记说明：

10-光源；11-准直镜组；12-分光元件；13-参考反射元件；14-影像采集装置；2-横向扫描干涉量测系统；20-光源模组；200-发光源；201-显微镜组；2010-空间滤波器；2011-光学镜片；2012-分光元件；21-干涉镜组；210-物镜；211-分光元件；212-参考反射元件；213-调整单元；22-影像感测模组；220-影像感测元件；2200-单位；23-移动平台；230-控制器；24-运算处理单元；3、4-干涉镜组；40a、41a-微物镜模组；400a、410a-微物镜；401a、402a-微物镜阵列；30、40、41-镜头单元；31、42-分光元件；32、43-参考反射元件；33、44-调整单元；3a-微物镜模组；34-微物镜单元；340-微物镜；341-参考反射元件；342-分光元件；50、51、52、53-记录位置；6-横向扫描干涉量测系统；60-光源模组；600-光产生元件；601-准直镜组；6101-微物镜；602-分光元件；61-干涉镜组；610-微物镜模组；611-分光元件；612-参考反射元件；62、62a-影像感测模组；620、620a-影像感测单元；63-移动平台；7-横向扫描干涉量测方法；70～73-步骤；90-检测光；900-第一检测光；901-第二检测光；902-测物光；903-参考光；904-干涉光；91、91a-影像采集区域；92-物体；920-位置；93、94-位置；95-同调平面；96-行方向高度信息。

具体实施方式

下文将本发明的装置的相关细部结构以及设计的理念原由进行说明。

请参阅图2所示，该图为本发明的横向扫描干涉量测系统示意图。在本实施例中，该横向扫描干涉量测系统2具有一光源模组20、一干涉镜组21、一影像感测模组22、一移动平台23以及一运算处理单元24。该光源模组20更具有一发光源200以及一显微镜组201。该发光源200可提供一宽频光源，但不以此为限，例如：该发光源200也可以提供窄频光，其需视应用的领域而有差异。例如：在垂直式扫描干涉(vertical scanning interferometry，VSI)的应用中则使用宽频光(或称为低同调光或者是多色光(polychromatic light))，而在相移式扫描干涉(phase shifting interferometry，PSI)的应用中则可使用宽频光或者是窄频光(或称为高同调、单色光等)。至于提供宽频光或窄频光的技术属于习用的技术，在此不作赘述。

而该显微镜组201，其设置于该发光源200的一侧，以将该宽频光调制成该检测光。在本实施例中，该显微镜组201具有一空间滤波器2010、一光学镜片2011以及一分光元件2012。该空间滤波器2010可将该发光源调制成点光源，而该光学镜片2011则调整检测光的光路。前述的光学元件属于习用的技术，其功效与目的在此不作赘述。该分光元件2012则将该检测光反射至该干涉镜组21。请参阅图3A所示，该图为本发明的干涉镜组第一实施例示意图。在本实施例中，该干涉镜组为根据本发明图2的精神而设计的一种改良式Michelson的干涉镜组。该干涉镜组21，其具有一镜头单元210、一分光元件211以及一参考反射元件212。该镜头单元210，一般可为物镜，但不以此为限，该镜头单元210可以导引由光源模组20所产生的检测光90而投射至设置于移动平台23上的物体92。该分光元件211其设置于该检测光的光路上，而将该检测光90分成一第一检测光900以及一第二检测光901，该第一检测光900投射至该物体92而反射形成一测物光902。

该参考反射元件212，其具有一倾角α，该参考反射元件212反射该第二检测光901以形成一参考光903，该参考光903与该测物光902相互干涉以形成一干涉光904。参考反射元件212与垂直面倾斜一α角，可经由α角的改变去增加扫描间距的范围。由扫描的过程中，其横向扫描量测的高度范围为可由参考反射元件212的倾斜角及影像感测模组22(如：CCD)内的在横向扫描方向的像素数目进行调整与决定。在该参考反射元件212的一侧更耦接有一调整单元213，其可以调整该参考反射元件212的倾角。至于调整的机构，在习用技术中有很多机制，例如调整螺丝或者是楔形机构等或者是直接利用或转动的平台等，都可达到控制倾角的目的。请参阅图3B所示，由于参考反射元件212倾斜的关系，反射的参考光903的光波前具有一倾角。而调整角度的大小，并无一定限制，主要是根据量测范围与解析需求而定。在本实施例中，该干涉镜组21具有单一物镜的实施例。再回到图2所示，该影像感测模组22，其接收该干涉光以形成干涉影像。在本实施例中，该影像感测模组22可为CCD或者是CMOS的影像感测模组。该移动平台23，其提供承载该物体92，该移动平台23至少可进行X、Y方向的运动。该运算处理单元24，其分析该干涉影像以重建该物体的三维形貌。此外，该运算处理单元24更与该移动平台23的控制器230耦接，以提供控制信号给该控制器230，使该控制器230控制该移动平台23进行横向位移运动。

在另一实施例中，如图3C所示，该图为本发明的另一横向扫描干涉量测系统示意图。在图3C的实施例中该干涉镜组具有多个微物镜以增加扫描景深范围。该系统6包括有一光源模组60、一干涉镜组61、一影像感测模组62以及一移动平台63。该光源模组60，其可提供多道的检测光90，在本实施例中，该光源模组60具有一光产生元件600、一准直镜组601以及一分光元件602。该光产生元件600，其可为宽频光或窄频光通过数字光投射(Digital Light Projector，DLP)或者是硅基液晶(Liquid crystal on silicon，LCOS)的数字微镜阵列分光系统，以提供多道检测光90。该分光元件602将每一道检测光90导引至该干涉镜组61。该干涉镜组61具有一微物镜模组610、一分光元件611以及一参考反射元件612。微物镜模组610由多个微物镜6101所构成。每一个微物镜6101具有一对焦景深范围ΔL，每一个对焦景深范围ΔL相互衔接，使该微物镜模组形成具有该倾角的一连续光干涉同调平面95。而该微物镜模组610中相邻的微物镜6101具有高度差。

图3C所示为微物镜模组为一维阵列的实施方式，在另一实施例中，该微物镜模组可为二维阵列的组合。请参阅图3D所示，该图为微物镜模组另一实施例示意图。该微物镜模组610由多个微物镜阵列611所构成，每一个微物镜阵列611具有多个呈直线排列的微物镜6101，相邻的微物镜阵列具有高度差。再回到图3C所示，前述的检测光90经过分光元件602导引至该微物镜模组610，而投射至分光元件611上。该分光元件611，其分别将每一道检测光90分成一第一检测光以及一第二检测光，该第一检测光投射至一物体92而形成一测物光。该第二检测光则投射至具有倾角的参考反射元件612上。该参考反射元件612反射该第二检测光以形成一参考光。每一道参考光与对应的测物光相互干涉以形成一干涉光。

该影像感测模组62，其具有多个分别与该微物镜模组610中的每一个微物镜6101相对应的影像感测单元620，以接收对应的该干涉光以形成干涉影像。本实施例的影像感测模组62为一传统光学显微镜的影像感测模组，也即每一个影像感测单元与对应的微物镜间的距离相等(160mm)。该移动平台63提供承载该物体92，该移动平台63进行一横向移动，使系统6可对物体92进行横向扫描进而还原该物体92的表面形貌。如图3E所示，该图为本发明的影像感测模组另一实施例示意图。在本实施例中，该影像感测模组62a为一无穷补偿(Infinitive compensation)光学显微镜的影像感测模组，也就是每一个影像感测单元620a在同一水平位置上。

如图4A所示，该图为该干涉光强度示意图。由于倾斜参考反射元件212的特性造成在同一时间点，物体92上每一点与倾斜距焦面(即零光程差处)存在一距离δ，而此距离δ随着倾斜距焦面的角度而有所变化。当参考光与测物光合光相互干涉形成干涉光时，以同一高度的物体为例，只有在特定位置的测物光与具有倾角的参考光会具有零光程差，而产生强度最大的干涉图案。也就是说，当此距离δ在同调范围ΔL内皆有干涉信号，而当δ为零时其干涉信号强度值为最大，当δ大于同调范围ΔL时则不产生干涉信号。以图4A中的a、b及c位置为例，其中b点表示在此时位置为零光程差处(即参考光903与测物光902相减为0处)，因而可得光强最大值，而a及c点二点光程差为一δ，因此其光强信号的强度会较弱，依此类推只要二道光束的光程差愈大时，其干涉条纹强度愈弱，直到光程差大于同调长度时即不产生干涉。参考光与测物光的干涉图案如图4C所示，由图示中可以看出具有倾角的参考光与测物光合光干涉之后，只有特定区域a-b-c范围内会因为光程差小于光的同调长度ΔL，而有清楚的干涉图案。

请参阅图5A所示，该图为本发明的干涉镜组第三实施例示意图。在本实施例中，该干涉镜组的实施例为一种改良式Mirau的干涉镜组。该干涉镜组3，其具有一镜头单元30、一分光元件31以及一参考反射元件32。该镜头单元30，一般可为物镜，但不以此为限，该镜头单元30可以导引由光源模组所产生的检测光90而投射至设置于移动平台23上的物体92。该分光元件31其设置于该检测光90的光路上，而将该检测光90分成一第一检测光900以及一第二检测光901，该第一检测光900投射至该物体92而反射形成一测物光902。该参考反射元件32，其设置于该分光元件31的上方，该参考反射元件32具有一倾角α，以反射由该分光元件31所产生的该第二检测光901以形成一参考光903，该参考光903与该测物光902合光而相互干涉以形成一干涉光904。在该参考反射元件32的一侧更耦接有一调整单元33，其可以调整该参考反射元件32的倾角。

如图5B所示，该图为本发明的第四实施例示意图。本实施例为图5A另一种改良式干涉镜组，该干涉镜组具有一微物镜模组3a，其由多个呈一维排列的微物镜单元34所构成，相邻的微物镜单元34间具有一高度差。每一个微物镜单元34具有一对焦景深范围，每一个对焦景深范围相互衔接使该微物镜模组3a形成具有该倾角的一连续光干涉同调平面。如图5C所示，每一个微物镜单元34具有一微物镜340、一具有倾角的参考反射元件341以及一分光元件342。该参考反射元件341可通过静电力的改变或旋转位移装置而控制其倾角。本实施例的参考反射元件341虽为对应每一个微物镜单元34而设置，在另一实施例中，也可将其整合形成具有多个参考反射元件341的单一光学元件。此外，如图5D所示，该微物镜模组也可由多个微物镜阵列所构成，以形成二维排列分布的微物镜模组，而相邻的微物镜阵列具有一高度差。至于采集干涉光的影像感测模组62如图3C的架构，在此不作赘述。

请参阅图6A所示，该图为本发明的干涉镜组第五实施例示意图。在本实施例中，该干涉镜组的实施例为一种改良式Linik的干涉镜组。该干涉镜组4，其具有两镜头单元40与41、一分光元件42以及一参考反射元件43。该分光元件42接收由光源模组所产生的检测光90，而将该检测光90分成第一检测光900以及第二检测光901，该第一检测光900则经由设至于物体92上方的镜头单元40而投射至该物体92上进而反射形成一测物光902。该第二检测光901则经过另一镜头单元41，而投射至具有倾角的该参考反射元件43上，进而反射而形成参考光903。该参考光903与该测物光902合光而相互干涉以形成一干涉光904。在该参考反射元件43的一例更耦接有一调整单元44，其可以调整该参考反射元件43的倾角。

如图6B所示，该图为本发明的第六实施例示意图。本实施例为图6A另一种改良式干涉镜组，其中，数字光学元件600(如：LCOS或DLP元件)可提供多道的检测光，而分光元件42的两侧分别具有一微物镜模组40a与41a，每一个微物镜模组40a与41a分别具有多个微物镜400a与410a以分别接收由分光元件42所分光的第一检测光与第二检测光。在本实施例中，每一个微物镜模组40a与41a呈一维阵列的排列，相邻的微物镜400a与410a具有一高度差。在另一实施例中，如图6C所示，每一个微物镜模组40a或41a(图中以40a为范例)分别由多个二维排列的微物镜阵列401a与402a所构成，每一微物镜阵列401a与402a上具有多个微物镜400a。相邻的微物镜阵列401a与402a具有高度差，而每一个微物镜阵列具有多个微物镜。

如图7A所示，该图为本发明的横向扫描干涉量测方法流程示意图。该方法7首先进行步骤70提供一横向扫描干涉量测系统，其如图2的系统所示。接着进行步骤71，倾斜该参考反射元件使该参考反射元件具有一倾角。然后以步骤72，对该物体进行横向扫描使该影像感测模组采集干涉光而形成干涉影像。在本步骤中，主要利用精密控制器230控制移动平台23做横向扫描，再由影像感测模组22取像，即可取得关于物体表面的干涉信号。如图8所示，具有倾角的参考光903与测物光902合光后所产生的干涉光对于物体上的特定位置920而言，随着移动平台带动该物体进行横向移动的位置不同，所得到的干涉光在影像采集模组所形成的干涉图案就会有差异。这是因为对于特定位置920而言，其因为移动所至的位置而形成的测物光与参考光的光程差会有变化所造成的。例如，在位置93时因为光程差为δ所以对应物体92上的位置920所产生的干涉影像会是模糊的干涉图案，反之当移动至位置94时，由于参考光与测物光的光程差为0，因此可以得到清晰的干涉图案。通过前述的原理，当物体92上的位置920通过移动平台23的移动而从位置93移动至94时，就可以等效于习用垂直扫描干涉技术中移动干涉物镜进行垂直方向移动而寻找到清楚干涉影像的效果。

请参阅图7B所示，该图为本发明的三维形貌量测方法流程示意图。该流程基本上与图7A相同，差异的是在步骤72之后更以步骤73对该干涉影像进行分析处理以得到该物体的表面形貌。在本步骤中，主要利用取得的干涉影像做处理，计算出封包信号最大值并重建物体的三维轮廓。

在本发明所提供的重建方法，包括有下列步骤：首先，在对物体进行量测之前，先对整个量测系统做横向解析的校正以得到关于该影像感测模组的每一个感测元件所对应的高度关系函数以及倾斜参考反射元件的线性方程式。在校正之前，先取得移动平台的水平度，本实施例是假设移动平台的水平度在0度。如图2所示，校正的方法是利用一标准校正片，放置于移动平台23上，调整Z轴距离至最佳聚焦处并取像，经由影像处理后可计算出像素点所对应的真实物理量即像素的空间解析S_X。传统白光干涉在量测高度时需做Z轴方向的深度扫描，而待测物面积较大时也即大小超过CCD取像的范围则需移动X及Y轴才可量测到整个范围；而横向扫描不需对Z轴做深度扫描，因此在量测相同大面积的情况下，横向扫描的效率比传统白光干涉好。而横向扫描量测时，其量测深度范围会受倾斜角α及水平解析S_X所影响其关系式如下式(1)所示：

H_r＝K_n·tanα (1)

K_n＝n·S_x

其中n为CCD水平方向像素总数量，K_n为CCD水平方向总长度，α为倾斜角由关系式可计算出量测的深度范围H_r，因此经由改变物镜倍率、控制CCD在扫描方向的像素总数量以及改变参考反射元件的倾角，则可调变横向扫描的最大可量测深度范围。

接着是对干涉物镜的参考反射元件进行校正，以得到关于该影像感测模组的每一个感测元件所对应的高度关系函数，其中每一个感测元件为对应到影像感测模组的每一个像素。光路架构以Michelson架构所表示如图3A所示，其方法是将干涉镜组的参考反射元件212倾斜α角，光由分光元件分成二道检测光，一道检测光穿透至一倾斜的参考反射元件212，经由倾斜的参考反射元件212反射可得到一倾斜的参考光，而另一道检测光投射至物体92再经由物体92反射可得到一测物光，而二道参考光与测物光至分光元件211上合光并相互干涉，产生一倾斜的干涉信号。得到一倾斜的干涉信号后，再将一平面镜(或者为表面平坦的物体)放于移动平台23上对倾斜的参考反射元件212做校正，其校正方法对平面镜做Z轴垂直扫描并取像，在将取得的一连续影像利用演算法做影像后处理，由影像处理后可计算出此时倾斜参考反射元件的线性方程式并可计算其倾斜角α，如图9A与图9B所示，其中图9A为校正的参考反射元件212的三维轮廓，而图9B为校正参考反射元件212平面的剖面图。根据图9A与图9B的结果，可得计算参考反射元件212倾角α及倾斜参考反射元件212的线性方程式，由此方程式可知每一个像素位置所对应的高度。由于前述的结果为移动平台水平度为零度的状态，如果移动平台具有一倾角，则必须要将该方程式事先施于补偿校正。

根据前述的参考元件校正过程，不但可计算出倾斜的参考元件外，还可利用由校正得到的平面的线性关系来对应每个像素点所应对的深度位置。当物体在x方向做横向扫描时，其物体表面会经过倾斜的同调平面区域内，因此不同物体高度与在不同移动位置时会相交于同调平面区域内，因而产生干涉光强信号，而在零光程差处的干涉信号强度为最大值。然后根据最大值发生位置，再由位置去对应其像素的深度位置，利用此方法即可对应物体的深度位置因而重建出物体的三维轮廓。

接着说明重建的流程，取得于一时间点所得到的干涉影像于一第一方向上剖面的多个干涉信号。请参阅图4C所示，其中每一个方框区域91代表于第一方向X，也即为扫描方向，所采集的影像剖面所具有的一干涉信号。如图4B所示，该方框91的大小对应至影像感测模组内的一列影像感测元件220的区域大小(例如：640x1，每一单位2200为像素)。采集该多个区域的影像之后，进行干涉信号分析，对于每一个干涉信号而言，可以得到如图10所示的干涉信号强度与扫描像素位置关系示意图。然后于该每一个干涉信号中寻找信号最强的位置及其所对应的感测元件位置(也即像素位置)。当然在另一实施例中，该感测元件位置也可包括次像素解析精度。例如图4C中的区域91所对应到的第二方向的像素座标为第120像素的位置，再根据图10中的最大信号发生处所对应到的像素位置为第325像素，因此可以得到图10中所发生的最大干涉信号的像素位置为(325，120)。得知最大光强的像素位置后，代入由倾斜参考反射元件校正所获得的线性方程式与高度关系函数(如图9A与图9B所示)中，即可对应到深度值并将此深度值记录下来。以图4C为例，b点最大光强点的像素位置x＝211而由此得到的像素位置值代入校正后所得到的线性方程式y＝0.038*x+8.8。根据图9B所示，则可算出此时b点的高度值y＝21.150μm，其它点的计算方式皆与前述相同，直到最后一区域91a所具有的干涉信号强度，以判断最强信号所对应的高度，再将得到的高度值记录。

其记录方式是将第一张影像中所取得各列的干涉信号峰值后代入线性方程式并计算出深度值，然后记录于存储单元所定义的存储区块内，以形成如图11A所示的记录结果，其中标号50代表第一时间点中的干涉影像中所具有最强干涉信号所具有的高度值，其内具有多个栏位，每一的栏位所记录的高度代表着对于第一张影像(如图4C)中每一个于第一方向所采集的干涉信号中所具有的最大信号所对应的高度。以640(像素)x480(像素)的影像大小为例，如果每一个第一方向所采集的干涉信号影像大小为640(像素)x1(像素)的话，则标号50的栏位就会有480个，也就是从5000～5479。而标号51至53则分别代表第2时间点至第4时间点所具有第2至第4张影像，依此类推。而每一个时间点所对应的截面轮廓则可由图11A中的行方向高度信息96所形成，其中，行方向高度信息96为各个每一个时间点所得到每一个干涉影像中最强干涉强度信号所形成的截面轮廓。

如图11B所示，该图为物体表面形貌示意图，利用多个行的高度信息96，进行组合，以形成物体的表面轮廓。也即，利用图11A的行方向高度信息96的截面组合而形成物体的表面形貌，例如：图11A中的50所对应的高度信息则形成图11B中的50a的截面形貌，而图11A中的51所对应的高度信息则形成图11B中的51a的截面形貌，以此类推而重组还原成如图11B的表面形貌。前述的运算分析，由该运算处理单元24分析处理该干涉影像。该运算处理单元24可根据需要利用垂直扫描干涉分析(vertical-scanning interferometry analysis)的方法分析该干涉影像，或者是利用相移干涉分析(phase-shiftinginterferometry analysis)的方法，除了前述的分析方法外，也可以利用如美国专利US.Pat.No.6,449,048所教导的还原分析方法，由于其属于习用的技术，在此不作赘述。

接下来以一实际的块规来说明如图12所示，该图为以阶高为10.000μm的标准块规为待测的物体立体示意图。利用图2的系统对图12的物体进行横向移动，取得每一个时间点所得到的干涉影像，如图13A至图13D所示。在取得干涉影像后，利用白光干涉封包函数计算出封包干涉信号，进而求得信号光强最大值及像素位置。移动平台横向移动的方向为箭头所指的方向。使用图2的改良式Michelson干涉镜组中的参考反射元件的倾角为2.35度，物镜倍率5x，扫描间距1.400μm，扫描张数400张影像。经由一连续取得的横向扫描干涉影像，对影像做运算即可得到物体三维形貌，如图14A所示为物体三维形貌重建，而图14B为Y轴的剖面图。经由计算可算出最大的量测误差为0.020μm，此误差为全高量测范围的0.2％。前述虽为应用于取代垂直扫描干涉影像分析的实施例，但是熟悉此项技术的人员根据本发明的精神也可以将本发明应用于相移式扫描干涉分析的量测领域中。

综合上述，本发明提供之横向扫描干涉量测方法与系统，由于可使用横向扫描来代替传统的垂直扫描，即时获得物体剖面信息，因此具有可完全避免垂直扫描所耗费之时间的优点。

以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种横向扫描干涉量测方法，其特征在于，包括有下列步骤：

提供一横向扫描干涉量测系统，其具有一光源，该光源提供一检测光，一干涉镜组，该干涉镜组包括有一分光元件以及一参考反射元件，该分光元件将该检测光分成一第一检测光以及一第二检测光，该第一检测光投射至一物体上而形成一测物光，该第二检测光投射至该参考反射元件形成一参考光，与该测物光干涉以形成一干涉光，以及一影像感测模组，采集该干涉光；

倾斜该参考反射元件使该参考反射元件具有一倾角；

对该物体进行横向扫描，该影像感测模组采集干涉光而形成一干涉影像。

2.如权利要求1所述的横向扫描干涉量测方法，其特征在于，该方法更包括有调整该倾角的一步骤。

3.如权利要求1所述的横向扫描干涉量测方法，其特征在于，该检测光为一窄频检测光。

4.如权利要求1所述的横向扫描干涉量测方法，其特征在于，该检测光为一宽频检测光。

5.如权利要求1所述的横向扫描干涉量测方法，其特征在于，该方法更包括有对该干涉影像进行分析处理，以得到该物体的表面形貌的一步骤。

6.如权利要求5所述的横向扫描干涉量测方法，其特征在于，该分析处理方法更包括有下列步骤：

在该横向扫描的过程中，取得对应不同扫描时间点的干涉影像；

分别在每一张干涉影像的一第一方向上取得多个干涉信号；

分别决定每一张干涉影像所具有的所述多个干涉信号中所分别具有的最强信号所对应的高度，以得到对应不同扫描时间点的一截面形貌信息；以及

将多个截面形貌信息组合而得到关于该物体的表面形貌。

7.如权利要求6所述的横向扫描干涉量测方法，其特征在于，决定该高度的方法更包括有下列步骤：

建立于该参考反射元件倾斜状态下关于该影像感测模组的每一个感测元件所对应的量测高度关系函数；

取得对应该最强信号的感测元件位置；以及

根据该感测元件位置，于该高度关系函数中得到对应的高度。

8.如权利要求5所述的横向扫描干涉量测方法，其特征在于，该分析该干涉影像的方法为一相移干涉分析或垂直扫描干涉分析。

9.一种横向扫描干涉量测系统，其特征在于，包括：

一光源模组，提供一检测光；

一干涉镜组，具有一分光元件以及一参考反射元件，该分光元件，将该检测光分成一第一检测光以及一第二检测光，该第一检测光投射至一物体而形成一测物光，该参考反射元件具有一倾角，该参考反射元件反射该第二检测光以形成一参考光，该参考光与该测物光相互干涉以形成一干涉光；

一影像感测模组，接收该干涉光以形成干涉影像；以及

一移动平台，承载该物体，该移动平台进行一横向移动。

10.如权利要求9所述的横向扫描干涉量测系统，其特征在于，该参考反射元件更耦接有一角度调整元件，以调整该倾角的大小。

11.如权利要求9所述的横向扫描干涉量测系统，其特征在于，该检测光为一宽频检测光。

12.如权利要求9所述的横向扫描干涉量测系统，其特征在于，该检测光为一窄频检测光。

13.如权利要求9所述的横向扫描干涉量测系统，其特征在于，该系统更具有一运算处理单元，分析处理该干涉影像以重建该物体的三维形貌。

14.如权利要求13所述的横向扫描干涉量测系统，其特征在于，该运算处理单元于该横向扫描的过程中，控制该影像感测模组取得对应不同扫描时间点的干涉影像，然后分别于每一张干涉影像的一第一方向上取得多个干涉信号，再分别决定每一张干涉影像所具有的该多个干涉信号所分别具有的最强信号所对应的高度，以得到对应不同扫描时间点的一截面形貌信息，最后将多个截面形貌信息组合而得到关于该物体的表面形貌。

15.如权利要求13所述的横向扫描干涉量测系统，其特征在于，该分析该干涉影像的方法为一相移干涉分析或者是一垂直扫描干涉分析。

16.一种横向扫描干涉量测系统，其特征在于，包括：

一光源模组，其提供多道检测光；

一干涉镜组，其具有至少一微物镜模组、至少一分光元件以及至少一参考反射元件，该分光元件，其分别将该每一道检测光分成一第一检测光以及一第二检测光，该第一检测光投射至一物体而形成一测物光，该参考反射元件，其具有一倾角，该参考反射元件反射该第二检测光以形成一参考光，该参考光与该测物光相互干涉以形成一干涉光，该微物镜模组中的每一微物镜具有一对焦景深范围，该微物镜模组形成具有该倾角的一连续光干涉同调平面；

一影像感测模组，其具有多个影像感测单元，该影像感测模组感测由每一微物镜所产生的干涉光以形成干涉影像；以及

一移动平台，承载该物体，该移动平台进行一横向移动。

17.如权利要求16所述的横向扫描干涉量测系统，其特征在于，该参考反射元件更耦接有一角度调整元件，以调整该倾角的大小。

18.如权利要求16所述的横向扫描干涉量测系统，其特征在于，该检测光为一宽频检测光。

19.如权利要求16所述的横向扫描干涉量测系统，其特征在于，该检测光为一窄频检测光。

20.如权利要求16所述的横向扫描干涉量测系统，其特征在于，更具有一运算处理单元，分析处理该干涉影像，重建该物体的三维形貌。

21.如权利要求20所述的横向扫描干涉量测系统，其特征在于，该运算处理单元于该横向扫描的过程中，控制该影像感测模组取得对应不同扫描时间点的干涉影像，然后分别于每一张干涉影像的一第一方向上取得多个干涉信号，再分别决定每一张干涉影像所具有的该多个干涉信号所分别具有的最强信号所对应的高度，以得到对应不同扫描时间点的一截面形貌信息，最后将多个截面形貌信息组合而得到关于该物体的表面形貌。

22.如权利要求20所述的横向扫描干涉量测系统，其特征在于，该分析该干涉影像的方法为一相移干涉分析或者是一垂直扫描干涉分析。

23.如权利要求16所述的横向扫描干涉量测系统，其特征在于，该微物镜模组为一维的微物镜阵列或者是二维的微物镜阵列。

24.如权利要求16所述的横向扫描干涉量测系统，其特征在于，该影像感测模组为一传统显微影像感测模组或者是一无穷补偿影像感测模组。