本發(fā)明涉及一種用于在加工期間對晶片進(jìn)行表面輪廓測量的設(shè)備。其還涉及由該設(shè)備實施的測量方法。

本發(fā)明的領(lǐng)域更具體地而非限制性地為微系統(tǒng)(MEMS)和微電子領(lǐng)域中對設(shè)備的測量和尺寸控制。

現(xiàn)有技術(shù)說明

在微電子學(xué)中實施的制造方法通常依賴于沉積層和蝕刻的連續(xù)步驟，這導(dǎo)致生產(chǎn)堆疊形式的部件。

層的極高平面度常常是必要的。因此，實現(xiàn)測量這種平面度的技術(shù)、特別是光學(xué)輪廓測定是已知的。

在光學(xué)輪廓測定技術(shù)中，被稱為“全場(full-field)”的測定技術(shù)是眾所周知的，其使得可以直接在一次或少數(shù)次的測量中獲得表面的形狀。特別地，存在使用由待測表面反射的測量光束和參考光束之間的干涉的干涉測量技術(shù)。不同的干涉儀架構(gòu)是可能的，其中一些以名稱Linnik、Mirau，Michelson或Fizeau干涉儀而為人所知。

光學(xué)干涉測量技術(shù)也是已知的，其基于利用對表面進(jìn)行掃描的點測量光束的點對點距離測量。在這種情況下實施的檢測技術(shù)能夠特別地包括共焦、彩色共焦技術(shù)或者基于干涉測量或低相干干涉測量(利用寬譜源)的技術(shù)。然而，其缺點是比全場技術(shù)慢得多。

所有這些技術(shù)共同的約束是待測量的表面在工作波長下的反射率必須高，以便獲得良好的測量。不受隱埋層上的雜散反射干擾對測量也是必要的。因此，通常使用不穿透或僅輕微穿透到材料中的波長(對于硅的可見光波長)，或者，當(dāng)待測層在可見光譜中是透明的時，預(yù)先在其上進(jìn)行金屬沉積(鉭)。

在某些情況下，有必要面向已經(jīng)生產(chǎn)的部件或芯片來測量和表征覆蓋這些部件的層的平面度。然后出現(xiàn)的問題是這些部件從測量面不可見。因此，在不使用預(yù)先的設(shè)計信息的情況下，難以將平面度測量與這些部件的精確位置進(jìn)行聯(lián)系或參照。

本發(fā)明的目的在于提出一種輪廓測量設(shè)備和方法，使得可以對表面的形狀進(jìn)行測量，相對于隱埋在晶片中或至少位于待測表面下方的部件對所述表面進(jìn)行精確記錄或參照。

本發(fā)明的目的還在于提出一種輪廓測量設(shè)備和方法，使得可以在與隱埋在晶片中或至少位于待測表面下方的部件相關(guān)聯(lián)的參考系內(nèi)對表面的形狀進(jìn)行測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

利用用于相對存在于晶片的第一表面下方的結(jié)構(gòu)對所述第一表面進(jìn)行形狀測量的設(shè)備來實現(xiàn)該目的，其特征在于，所述設(shè)備包括：

-輪廓測定裝置，其被布置為根據(jù)至少一個測量區(qū)域?qū)乃龅谝槐砻孢M(jìn)行形狀測量；

-成像裝置，其面對所述輪廓測定裝置，并且被布置為根據(jù)至少一個成像區(qū)域在晶片的與所述第一表面相對的第二表面上或通過該第二表面獲取所述結(jié)構(gòu)的參考圖像；

所述輪廓測定裝置和所述成像裝置被布置成使得測量區(qū)域和成像區(qū)域在公共參考系內(nèi)參照就位。

該結(jié)構(gòu)能夠例如是隱埋在晶片層中的或可選地在晶片的與第一表面相對的面上生成的部件、軌道或芯片。這些是在第一表面上不可見并且因此從輪廓測定裝置的視角來看位于該表面下方的結(jié)構(gòu)。

當(dāng)將待測量晶片定位在本發(fā)明的設(shè)備中時，面對輪廓測定裝置的成像裝置可以相對于待測量晶片的與第一表面相對的第二表面而被定位。其使得可以對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，或者至少獲得允許對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行定位的圖像，即使這些結(jié)構(gòu)不能通過第一表面來辨別。

根據(jù)本發(fā)明，對輪廓測定裝置和成像裝置在空間上進(jìn)行校準(zhǔn)或參照，使得其各自的測量區(qū)域和成像區(qū)域的位置和范圍相對于彼此分別已知，或者換句話說，在同一參考系內(nèi)被參照。

優(yōu)選地，測量區(qū)域和成像區(qū)域能夠以基本彼此平行的平面的形狀來表示。它們能夠以參考平面的形式在公共參考系內(nèi)被參照。

因此，可以將輪廓測量與結(jié)構(gòu)的位置相聯(lián)系或關(guān)聯(lián)，而無需預(yù)先了解晶片在本發(fā)明的設(shè)備中的精確位置。

根據(jù)實施例，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠包括能夠以紅外波長生成圖像的成像裝置。

因此，可以對“隱埋”在晶片的層中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，包括通過在可見光波長下不透明的材料，比如硅。

特別是可以通過襯底對結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，所述結(jié)構(gòu)在所述襯底上進(jìn)行生產(chǎn)。

根據(jù)實施例，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠包括使用全場干涉儀的輪廓測定裝置。

其能夠特別地包括以下類型之一的全場干涉儀：Michelson、Mirau、Linnik、Fizeau。

全場干涉儀是使得可以處理表示待測表面的至少一部分的測量信號或二維干涉結(jié)構(gòu)的干涉儀。

根據(jù)實施例，輪廓測定裝置和成像裝置能夠具有基本平行的光軸。

根據(jù)實施例，輪廓測定裝置和成像裝置能夠沿著公共光軸對齊。

根據(jù)實施例，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠包括使用點距離傳感器的輪廓測定裝置以及利用所述點距離傳感器來掃描第一表面的掃描裝置。

其能夠特別包括以下類型之一的距離傳感器：共焦傳感器、彩色共焦傳感器、干涉測量儀、譜域低相干干涉儀、時域低相干干涉儀、頻率掃描低相干干涉儀、機械探頭和原子力顯微鏡(AFM)探頭。

在這種情況下，從點到點地測量表面的高度以便重構(gòu)形狀信息。

距離傳感器能夠包括能夠生成關(guān)于表面的高度或局部高度的信息項的任何傳感器。其還可以特別包含光學(xué)傳感器(共焦、干涉測量的)、機械傳感器(探頭)或利用探頭點和待測表面之間的原子水平的相互作用的傳感器(“原子力顯微鏡”AFM)。

根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備還能夠包括用于將晶片定位為第一面面對輪廓測定裝置而第二面面對成像裝置的支撐件。

晶片支撐件能夠包括卡盤。

根據(jù)另一方面，提出一種用于相對于存在于晶片的第一表面下方的結(jié)構(gòu)對所述第一表面進(jìn)行形狀測量的方法，其包括以下步驟：

-通過實施輪廓測定裝置，根據(jù)至少一個測量區(qū)域來獲取對晶片的所述第一表面的形狀測量；

-實施面向所述輪廓測定裝置的成像裝置，根據(jù)晶片的與第一表面相對的第二表面上的或通過該第二表面的成像區(qū)域來獲取結(jié)構(gòu)的參考圖像；

所述測量區(qū)域和成像區(qū)域在公共參考系內(nèi)參照就位。

根據(jù)實施例，本發(fā)明的方法還能夠包括識別結(jié)構(gòu)在參考圖像中的位置的步驟。

其能夠包括在至少一個所識別的結(jié)構(gòu)位置附近獲取形狀測量的步驟。

根據(jù)實施例，根據(jù)本發(fā)明的方法還能夠包括在公共參考系內(nèi)以參考平面的形式校準(zhǔn)測量區(qū)域和成像區(qū)域的位置的在先步驟。

附圖和實施例說明

通過閱讀絕非限制性的對實施方式和實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他優(yōu)點和特征將從附圖中變得顯而易見，在附圖中：

-圖1示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的實施例，

-圖2示出具有Michelson型全場干涉儀的輪廓儀的實施例，

-圖3示出具有Mirau型全場干涉儀的輪廓儀的實施例，

-圖4示出根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實施例，

-圖5示出根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實施例，

-圖6示出利用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備獲得的測量的示例。

充分理解的是，下文將要描述的實施例絕非限制性的。能夠設(shè)想本發(fā)明的變型，其僅包括對下文所描述的特征的選擇而與所描述的其他特征隔離，只要這種對特征的選擇足以賦予技術(shù)優(yōu)點或使本發(fā)明區(qū)分于現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)。該選擇包括沒有結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)或僅具有一部分結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的、優(yōu)選為功能性的至少一個特征，只要該部分單獨足以賦予技術(shù)優(yōu)點或使本發(fā)明區(qū)分于現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)。

特別地，所描述的所有變型和所有實施例能夠組合在一起，只要從技術(shù)角度來看不存在對這種組合的反對理由。

在附圖中，幾個附圖所共有的元件具有相同的附圖標(biāo)記。

首先，參照圖1，將描述根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的實施例。

在優(yōu)選實施例中，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備旨在對晶片12的表面13進(jìn)行形狀測量，晶片12還包括表面13下方所隱埋的層中的結(jié)構(gòu)14。

然后，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備使得可以在公共參考系15內(nèi)記錄或表示表面13和結(jié)構(gòu)14的形狀(或其位置)的測量。

因此，通過非限制性示例，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠用于監(jiān)測接觸層的平面度，所述接觸層沉積在晶片12的襯底上所生成的結(jié)構(gòu)14之上或以這種方式覆蓋該結(jié)構(gòu)14。這些結(jié)構(gòu)14能夠特別地是集成電路14。在這種情況下，重要的是精確地監(jiān)測集成電路14之上的接觸層的平面度。此時，該接觸層不允許集成電路的位置在表面13的一側(cè)可見，特別是當(dāng)其覆蓋有金屬層時。

因此，利用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以通過襯底來可視化和定位集成電路14，并且可以對于集成電路14的位置進(jìn)行或記錄形狀測量，所述襯底構(gòu)成晶片12的與待測表面13相對的部分。

根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備因此包括輪廓測定裝置10，其使得可以在將晶片定位在晶片支撐件(圖1中未示出)中時對該晶片12的表面13進(jìn)行形狀測量。

根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備還包括成像裝置11，其旨在對相對于表面13存在于晶片12中或其下方的結(jié)構(gòu)14進(jìn)行成像。

當(dāng)將晶片12定位于晶片支撐件中時，輪廓測定裝置10和成像裝置11彼此相對布置在晶片12的任一側(cè)上。

晶片支撐件設(shè)置有移動和平移和/或轉(zhuǎn)動的裝置，其使得可以相對于輪廓測定裝置10和成像裝置11移動和精確定位晶片12。

計算機28控制該設(shè)備并處理數(shù)據(jù)。

在所呈現(xiàn)的實施例中，輪廓測定裝置10是具有目標(biāo)水平的全場干涉儀20的顯微鏡的形式，其因此構(gòu)成全場輪廓儀10。

例如基于發(fā)光二極管或鹵素源的光源16生成可見光的和/或近紅外波長的光束19。該光束19通過立方體或分束器18朝向全場干涉儀20定向。

在全場干涉儀20中，光束19被分離為照射參考鏡的參考光束和照射晶片12的表面13的測量光束。分別由晶片的表面13和參考鏡反射的光被再定向到例如CCD或CMOS型的陣列檢測器17。

輪廓儀10包括光學(xué)器件和透鏡，包括成像物鏡，其被配置為將晶片的表面13成像在陣列檢測器17上。當(dāng)測量光束和參考光束之間的光路差小于光源16的相干長度時，測量光束和參考光束之間的干涉所引起的干涉條紋也是可見的。根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)對這些干涉條紋的解調(diào)使得可以根據(jù)測量區(qū)域來重構(gòu)表面13的形狀，所述測量區(qū)域基本對應(yīng)于成像在檢測器17上的該表面13的區(qū)域。

存在能夠在本發(fā)明的語境中使用的不同種類的全場干涉儀20。

參照圖2，全場干涉儀20能夠是Michelson配置。這時其包括布置在成像物鏡40和待測表面13之間的分離器立方體41(或分束器)。該分離器立方體41將入射光束19的一部分反射到參考鏡42，以便產(chǎn)生參考光束。

參照圖3，全場干涉儀20也能夠是Mirau配置。這時其包括定位在成像物鏡40和待測表面13之間的半反射分束器51。該分束器將入射光的一部分反射到定位在光束中心處的參考鏡52。

全場干涉儀也能夠采用Linnik配置。該配置是Michelson配置的變體，其中將成像物鏡引入到干涉儀的每個臂中。在這種情況下，分離器立方體41在光束中位于成像物鏡的前方。

當(dāng)然，在本發(fā)明的語境內(nèi)，其他配置的全場干涉儀20也是可能的。

輪廓儀還包括例如通過實施壓電致動器的平移裝置43，其使得可以相對于待測表面13非常精確地移動由干涉儀20和成像物鏡40組成的組件。這些平移裝置43使得可以改變分離元件(例如，圖2中的分離器立方體41或圖3中的分束器51)與待測表面13之間的測量光束光路，而不改變該分離器元件和參考鏡之間的參考光束光路。因此，可以以已知或受控的方式改變在檢測器17上獲得的干涉結(jié)構(gòu)的相位，并且實施“相位步進(jìn)”型的重構(gòu)算法，該算法使得可以基于具有不同失相條件的所獲取圖像的序列來非常精確無疑地重構(gòu)表面13的形狀。

成像裝置11為具有光源23、成像物鏡26、陣列檢測器27(例如CCD或CMOS型)和分束器或分離器立方體型(例如)的分離器元件24的成像顯微鏡的形狀。

來自光源23的光25通過分離器元件24朝向晶片的后表面定向。由晶片21反射并被成像物鏡26收集的光被朝向陣列檢測器27傳送。具有成像物鏡26的光學(xué)系統(tǒng)被布置成允許根據(jù)成像區(qū)域在陣列檢測器22上形成晶片的圖像。

光源23被設(shè)計為呈現(xiàn)出在近紅外區(qū)內(nèi)延伸以達(dá)到大于1微米的波長的發(fā)射光譜，因此硅對于其不再是完全不透明的。該光源23能夠是鹵素源。于是，即使使用基于硅的陣列檢測器22，也可以通過硅層(比如襯底)獲得晶片12的結(jié)構(gòu)14的圖像。

如前所述，輪廓測定裝置10和成像裝置11被布置成使得測量區(qū)域和成像區(qū)域在公共參考系15內(nèi)參照就位。

為此，輪廓測定裝置10和成像裝置11被牢固地固定到支撐件，該支撐件允許它們相對于彼此以精確和穩(wěn)定的方式被保持和/或定位。

此外，它們被布置成使得輪廓測定裝置10的光軸21和成像裝置11的光軸27基本重合，或者至少是接近且基本平行的。以這種方式，測量區(qū)域和成像區(qū)域基本在晶片12的平面處疊加，并且避免了由于晶片的厚度導(dǎo)致的視差誤差。

然后例如借助在兩個面上包括圖案的樣品或校準(zhǔn)晶片12來校準(zhǔn)該設(shè)備，所述圖案中的一些相對于其他圖案的位置是已知的。應(yīng)當(dāng)注意，由于輪廓儀10也是成像系統(tǒng)，因此通過借助在兩面上包括可見圖案的晶片12來進(jìn)行成像，能夠簡單地進(jìn)行校準(zhǔn)。

因此，測量區(qū)域和成像區(qū)域能夠位于二維的(X-Y)或參考平面的公共參考系15內(nèi)。事實上，如果已經(jīng)注意將輪廓測定裝置和成像裝置的光軸21、27定位為基本平行，就不必知道輪廓測定和成像測量之間在高度(相對于晶片12的厚度)上的差。

例如，可以將參考平面15與成像區(qū)域相關(guān)聯(lián)，使得可以定位晶片的結(jié)構(gòu)14并通過校準(zhǔn)來計算平面中的傳遞函數(shù)(基于平移、轉(zhuǎn)動和位似變換)，其使得可以將測量區(qū)域的像素定位在成像區(qū)域內(nèi)。

本發(fā)明的設(shè)備可以以不同的方式來獲取和處理測量。

例如，圖4示出根據(jù)本發(fā)明的用于測量表面形狀的方法，其包括：

-利用成像裝置11獲取參考圖像的步驟60：

-通過實施例如用于分割已知圖像的技術(shù)來識別參考圖像中晶片12的結(jié)構(gòu)14的位置(以及可選地，其形狀)的步驟61；

-考慮到在校準(zhǔn)期間獲得的傳遞函數(shù)，利用輪廓儀10來獲取對應(yīng)于所識別的結(jié)構(gòu)14的位置的一個或多個區(qū)域中的晶片表面13的形狀的步驟62。

另外例如，圖5示出根據(jù)本發(fā)明的用于測量輪廓的方法，其包括：

-利用成像裝置11根據(jù)成像區(qū)域獲取參考圖像70的步驟60：

-通過實施例如用于分割已知圖像的技術(shù)來識別參考圖像中晶片12的結(jié)構(gòu)14的位置(以及可選地，其形狀)的步驟61；

-在從晶片12的平面處至少部分地疊加在所使用的成像區(qū)域上的測量區(qū)域中，利用輪廓儀10獲取晶片表面13的形狀的步驟63；

-通過使用在校準(zhǔn)期間獲得的傳遞函數(shù)來匹配對形狀和結(jié)構(gòu)14的測量的步驟64。

在該實施例中，如果僅尋求視覺匹配，則能夠省略對結(jié)構(gòu)進(jìn)行識別的步驟61。

圖6圖示能夠利用本發(fā)明獲得的測量結(jié)果，特別是在參照圖5所描述的實施方法中。其示出：

-利用成像裝置11獲得的具有晶片12的結(jié)構(gòu)14的表示73的圖像70；

-晶片12的表面13的形狀的表示71，其利用輪廓測定裝置10來獲得，并且其中表面的形狀以輪廓線74來表示；

-在將圖像70記錄在參考系15中之后將以輪廓線74的表面形狀表示與結(jié)構(gòu)14的表示73相組合的圖像72。

因此，晶片12的表面13關(guān)于結(jié)構(gòu)14的平面度缺陷的良好可視化是可能的。

當(dāng)然，本發(fā)明不限于剛才已經(jīng)描述的示例，并且能夠在不超出本發(fā)明的范圍的情況下對這些示例進(jìn)行若干調(diào)整。