本發(fā)明屬于封裝技術(shù)檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種涉及被測(cè)區(qū)膜厚的高精度、無損傷測(cè)量的測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著電子產(chǎn)品進(jìn)一步向小型化和多功能化發(fā)展，集成電路逐漸向高密度、輕小型、低能耗和系統(tǒng)級(jí)發(fā)展，集成電路封裝技術(shù)進(jìn)入了高密度封裝時(shí)代。由于依靠減小特征尺寸來不斷提高集成度的傳統(tǒng)封裝方式逐漸接近極限，三維封裝技術(shù)成為延續(xù)摩爾定律的最佳選擇。三維封裝又稱疊層芯片封裝技術(shù)，是指在不改變封裝提尺寸的前提下，在同一個(gè)封裝體內(nèi)在垂直方向疊放兩個(gè)以上芯片的封裝技術(shù)。與傳統(tǒng)封裝技術(shù)相比，三維封裝技術(shù)不僅縮小器件尺寸減輕重量、更有效的使用了硅片有效區(qū)域、還使器件以更快轉(zhuǎn)換速率運(yùn)轉(zhuǎn)。

三維封裝的實(shí)現(xiàn)也伴隨著大量新的半導(dǎo)體制作技術(shù)，譬如，硅片通孔互連(tsv，throughsiliconvias)技術(shù)，該技術(shù)利用垂直硅通孔完成芯片間互連。針對(duì)tsv工藝，一般需要檢測(cè)tsv孔大小、位置信息以及孔底薄膜厚度。在tsv孔底薄膜測(cè)量過程中，被測(cè)區(qū)域十分小(tsv孔徑一般是幾十至幾百微米量級(jí))、高度相差大以及芯片上零散分布的孔的數(shù)量多。

目前存在一些測(cè)量tsv孔底膜厚的方法，譬如，通過sem成像進(jìn)行孔底膜厚分析，然而該種方法是一種破壞性測(cè)量方法，需要將tsv孔剖開側(cè)面成像，僅能用于抽樣研究，無法實(shí)現(xiàn)普遍的工藝監(jiān)測(cè)。

與tsv孔底膜厚測(cè)量類似，芯片加工工藝中也有許多其他測(cè)量幾十微米尺寸結(jié)構(gòu)膜厚的應(yīng)用需求，如對(duì)溝槽、方形孔、長孔、柱形凸起、同心圓等結(jié)構(gòu)進(jìn)行膜厚測(cè)量。并且，隨著加工工藝發(fā)展，將會(huì)出現(xiàn)許多新的微米尺寸結(jié)構(gòu)膜厚測(cè)量需求。

因此，亟需一種能夠適于普遍的工藝監(jiān)測(cè)的孔底膜厚測(cè)量方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述問題，提出一種反射譜測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)及相應(yīng)實(shí)軟硬件實(shí)現(xiàn)方案，其中，該光學(xué)系統(tǒng)通過信號(hào)采集端光學(xué)設(shè)計(jì)，能在大光斑照明基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)tsv孔底膜厚分析，并且該光路可以實(shí)現(xiàn)芯片表面成像，從而在同一測(cè)量系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)tsv孔定位及孔徑測(cè)量功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)芯片上tsv孔自動(dòng)檢測(cè)與分析。

本發(fā)明一方面提出了一種測(cè)量系統(tǒng)，其包括：透鏡組件，其被配置為接收來自被測(cè)樣品的反射光，并將所述反射光至少分為第一反射光和第二反射光；成像單元，其被配置為接收所述第一反射光，以獲取所述被測(cè)樣品表面的成像數(shù)據(jù)，所述成像數(shù)據(jù)包括所述被測(cè)樣品的至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域中的至少一個(gè)被測(cè)區(qū)的分布信息；膜厚測(cè)量單元，其被配置為接收所述第二反射光，用于獲取所述至少一個(gè)被測(cè)區(qū)中指定的物的膜厚的數(shù)據(jù)；以及處理單元，其與所述成像單元、所述膜厚測(cè)量單元通信連接，并且被配置為基于所述分布信息來確定所述至少一個(gè)被測(cè)區(qū)的檢測(cè)路徑，并基于所述至少一個(gè)被測(cè)區(qū)的檢測(cè)路徑來使得所述膜厚測(cè)量單元獲得所述被測(cè)區(qū)的膜厚的數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域中的指定的被測(cè)區(qū)的測(cè)量；其中，在光學(xué)路徑上，所述成像單元的光譜接收面、所述膜厚測(cè)量單元的光譜接收面被設(shè)置為與所述被測(cè)樣品光學(xué)共軛。在一種實(shí)施方式中，所述被測(cè)區(qū)包括凹陷或凸起。

通過上述實(shí)施方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)被測(cè)樣品(譬如，芯片)表面上所分布的多個(gè)被測(cè)區(qū)的膜厚進(jìn)行測(cè)量，而無需破壞芯片。

在一種實(shí)施方式中，所述處理單元基于所述分布信息來確定所述被測(cè)區(qū)的檢測(cè)路徑的過程包括：基于所述被測(cè)樣品表面的區(qū)域性特征來確定所述至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域，進(jìn)而確定所述至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域的檢測(cè)路徑；以及基于所述被測(cè)區(qū)的特征來確定所述被測(cè)區(qū)在所述至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域中的分布，進(jìn)而確定所述被測(cè)區(qū)的檢測(cè)路徑。

該實(shí)施方式對(duì)孔的檢測(cè)路徑的規(guī)劃進(jìn)行了闡述。一般來說，被測(cè)樣品上存在多個(gè)需要測(cè)量的檢測(cè)區(qū)域，處理單元基于成像數(shù)據(jù)識(shí)別出該些檢測(cè)區(qū)域，進(jìn)而獲得檢測(cè)區(qū)域的檢測(cè)路徑，即檢測(cè)次序。依照檢測(cè)路徑確定當(dāng)前的檢測(cè)區(qū)域，然后基于被測(cè)區(qū)在當(dāng)前檢測(cè)區(qū)域上的分布，確定被測(cè)區(qū)的檢測(cè)路徑。

在一種實(shí)施方式中，當(dāng)所述被測(cè)區(qū)包括被測(cè)孔時(shí)，確定所述被測(cè)孔在所述至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域中的分布的過程包括：所述處理單元基于所述成像數(shù)據(jù)獲得圓孔信息，其中，所述圓孔信息包括圓孔分布以及圓孔特征信息；以及所述處理單元基于所述被測(cè)孔的特征以及所獲得的圓孔信息來確定所述被測(cè)孔的在所述被測(cè)樣品表面的分布。

該實(shí)施方式對(duì)被確定測(cè)孔的分布進(jìn)行了闡述。處理單元將首先獲得位于被測(cè)樣品上的圓孔的分布以及其特征，譬如，圓孔的位置、大小等。然后，基于被測(cè)孔的大小、形狀等特征參數(shù)，從該些圓孔中確定被測(cè)孔。

在一種實(shí)施方式中，所述膜厚測(cè)量單元包括至少一個(gè)光闌，所述至少一個(gè)光闌沿光學(xué)路徑設(shè)置在所述膜厚測(cè)量單元的光譜接收面和所述透鏡組件之間，以使得所述膜厚測(cè)量單元的光譜接收面僅接收由所述被測(cè)區(qū)所產(chǎn)生的反射光。具體地，所述膜厚測(cè)量單元包括第一光闌和第二光闌，其中，所述第一光闌用于濾除第一特性的反射光所述第二光闌用于濾除第二特性的反射光。更進(jìn)一步地，所述第一特性的反射光的反射角度小于所述第二特性的反射光的反射角度。第一光闌與所述第二光闌同光軸地設(shè)置，所述第一光闌的孔直徑大于所述第二光闌的孔直徑。

該實(shí)施方式提出了實(shí)現(xiàn)光選擇性接收的結(jié)構(gòu)，通過在光譜儀之前設(shè)置至少一個(gè)光闌，來將孔外的反射光濾除，實(shí)現(xiàn)了大成像區(qū)域的情況下，小區(qū)域的測(cè)量。

在一種實(shí)施方式中，所述指定的被測(cè)孔通過以下過程中的至少一項(xiàng)來確定：所述處理單元根據(jù)所述至少一個(gè)被測(cè)孔的檢測(cè)路徑來指定所述指定的被測(cè)孔；和所述處理單元響應(yīng)于用戶輸入來指定所述指定的被測(cè)孔。

在一種實(shí)施方式中，所述測(cè)量系統(tǒng)還包括：機(jī)臺(tái)，其用于承載所述被測(cè)樣品，并且在所述處理單元的控制下移動(dòng)；以及光源組件，其包括氙燈，用于提供入射至所述被測(cè)樣品的入射光。

本發(fā)明另一方面提出了一種測(cè)量方法，包括：基于來自被測(cè)樣品的第一反射光來獲取被測(cè)樣品表面的成像數(shù)據(jù)，所述成像數(shù)據(jù)包括被測(cè)區(qū)在所述被測(cè)樣品的至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域中的分布信息；基于來自所述被測(cè)樣品的第二反射光來獲取所述被測(cè)區(qū)的膜厚數(shù)據(jù)；以及基于所述分布信息來確定所述被測(cè)區(qū)的檢測(cè)路徑，并基于所述被測(cè)區(qū)的檢測(cè)路徑來獲取每個(gè)被測(cè)區(qū)的膜厚的數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域中的被測(cè)區(qū)的測(cè)量。

在一種實(shí)施方式中，基于所述分布信息來確定所述被測(cè)區(qū)的檢測(cè)路徑的過程包括：基于所述被測(cè)樣品表面的區(qū)域性特征來確定所述至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域，進(jìn)而確定所述至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域的檢測(cè)路徑；以及基于所述被測(cè)區(qū)的特征來確定所述被測(cè)區(qū)在所述至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域中的分布，進(jìn)而確定所述被測(cè)區(qū)的檢測(cè)路徑。

在一種實(shí)施方式中，當(dāng)所述被測(cè)區(qū)為被測(cè)孔時(shí)，基于所述被測(cè)孔的特征來確定所述被測(cè)孔在所述至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域中的分布的過程還包括：基于所述成像數(shù)據(jù)獲得圓孔信息，其中，所述圓孔信息包括圓孔分布以及圓孔特征信息；以及基于所述被測(cè)孔的特征以及所獲得的圓孔信息來確定所述被測(cè)孔在所述至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域中的分布。

本發(fā)明在一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了在大光斑照明基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)小區(qū)域測(cè)量，使得該方法能在同一光路中實(shí)現(xiàn)大面積成像、小面積膜厚測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)芯片上的tsv孔的全自動(dòng)分析。本發(fā)明是一種非接觸式測(cè)量方法，不會(huì)對(duì)芯片造成破壞，也不會(huì)產(chǎn)生污染，并且測(cè)量速度快，能用于生產(chǎn)過程中工藝監(jiān)測(cè)。

附圖說明

參考附圖示出并闡明實(shí)施例。這些附圖用于闡明基本原理，從而僅僅示出了對(duì)于理解基本原理必要的方面。這些附圖不是按比例的。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相似的特征。

圖1為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的tsv孔測(cè)量系統(tǒng)的架構(gòu)圖；

圖2為圖1中所示的tsv孔測(cè)量系統(tǒng)的光路示意圖；

圖3a為膜厚測(cè)量的原理示意圖；

圖3b、圖3c為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的tsv孔底膜厚測(cè)量示意圖；

圖4為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的信號(hào)選擇接收組件的示意圖；

圖5為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)工作流程圖；

圖6為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的單區(qū)域的tsv孔測(cè)量流程圖。

具體實(shí)施方式

在以下優(yōu)選的實(shí)施例的具體描述中，將參考構(gòu)成本發(fā)明一部分的所附的附圖。所附的附圖通過示例的方式示出了能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的特定的實(shí)施例。示例的實(shí)施例并不旨在窮盡根據(jù)本發(fā)明的所有實(shí)施例。可以理解，在不偏離本發(fā)明的范圍的前提下，可以利用其他實(shí)施例，也可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)性或者邏輯性的修改。因此，以下的具體描述并非限制性的，且本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求所限定。

對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為說明書的一部分。

發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于tsv孔底薄膜測(cè)量，由于被測(cè)區(qū)域十分小，必須排除孔外區(qū)域信號(hào)干擾。因此，發(fā)明人創(chuàng)造性地提出通過信號(hào)采集端光學(xué)設(shè)計(jì)，能在大光斑照明基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)tsv孔底膜厚分析，并且該光路可以實(shí)現(xiàn)芯片表面成像，從而在同一測(cè)量系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)tsv孔定位及孔徑測(cè)量功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)芯片上tsv孔自動(dòng)檢測(cè)與分析。

首先對(duì)本申請(qǐng)中用到的一些術(shù)語進(jìn)行說明。在本申請(qǐng)中，透鏡組件可以包括任何所需要的物鏡、管鏡、分束器等等。當(dāng)對(duì)被測(cè)樣品表面進(jìn)行成像時(shí)，“高倍率”成像、“低倍率”成像旨在說明該兩種成像的倍率或應(yīng)用場景不同，并非意在對(duì)具體的成像倍率進(jìn)行限制。另外，本申請(qǐng)還涉及到被測(cè)孔外發(fā)出的“小角度光”和“大角度光”，這里角度大小旨在說明產(chǎn)生反射光的角度的不同，并非要將該兩類角度限制為具體數(shù)值。

需要注意的是，本發(fā)明還可以用于測(cè)量其它類型的凹陷和凸起。譬如，被測(cè)區(qū)可以包括但不限于芯片上圓柱、溝槽、長孔、同心圓等。下文為了便于闡述本發(fā)明的構(gòu)思，以被測(cè)區(qū)為被測(cè)孔(譬如，tsv孔)來舉例。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，下文用tsv孔來舉例并非旨在限制本發(fā)明的適用范圍。

基于上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明提出了包含兩個(gè)光學(xué)支路的tsv孔測(cè)量系統(tǒng)。

圖1為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的孔底膜厚測(cè)量系統(tǒng)的架構(gòu)圖，該測(cè)量系統(tǒng)包括用于承載被測(cè)樣品10的機(jī)臺(tái)(未示出)、透鏡組件20、成像單元21、膜厚測(cè)量單元22和處理單元23。

透鏡組件20被配置為接收來自被測(cè)樣品10的反射光，并將該反射光至少分為第一反射光和第二反射光。

成像單元21用于接收第一反射光，以獲取被測(cè)樣品10表面的成像數(shù)據(jù)，成像數(shù)據(jù)包括被測(cè)孔(包括但不限于tsv孔)在被測(cè)樣品10的至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域中的分布信息。這里的分布信息可以包括但不限于被測(cè)孔在檢測(cè)區(qū)域中的位置、分布情況。

在以低倍率對(duì)被測(cè)樣品10的表面進(jìn)行成像時(shí)，成像單元21接收第一反射光，從而獲取被測(cè)樣品表面的成像數(shù)據(jù)。處理單元23接收到該成像數(shù)據(jù)后，可以根據(jù)被測(cè)樣品10表面的各檢測(cè)區(qū)域的區(qū)域性特征(譬如，各區(qū)域邊緣處的標(biāo)識(shí))來對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行劃分，進(jìn)而確定該多個(gè)檢測(cè)區(qū)域的檢測(cè)路徑。在以高倍率對(duì)被測(cè)樣品10的表面進(jìn)行成像時(shí)，成像單元21接收高倍率下的第一反射光，進(jìn)而獲得被測(cè)樣品10表面更詳細(xì)的特征，譬如，分布在被測(cè)樣品10表面某一區(qū)域中的多個(gè)圓孔。處理單元23基于成像數(shù)據(jù)獲得包括圓孔分布以及圓孔特征信息的圓孔信息，然后，基于被測(cè)孔的特征以及所獲得的圓孔信息來確定這些圓孔中哪一些孔是被測(cè)孔(譬如，tsv孔)，進(jìn)而獲得被測(cè)孔的在被測(cè)樣品10表面的分布。

在高倍率成像的條件下，膜厚測(cè)量單元22接收第二反射光，進(jìn)而基于第二反射光來對(duì)被測(cè)樣品10的被測(cè)孔的孔底膜厚進(jìn)行分析測(cè)量。優(yōu)選的，膜厚測(cè)量單元22可以將第二反射光中與孔底膜厚無關(guān)的光線濾除，進(jìn)而獲得僅表征孔底膜厚的數(shù)據(jù)。處理單元23根據(jù)分布信息來確定被測(cè)孔的檢測(cè)路徑，并基于被測(cè)孔的檢測(cè)路徑來使得膜厚測(cè)量單元22獲得指定的被測(cè)孔的孔底膜厚的數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域中的被測(cè)孔的測(cè)量。需要說明的是，這里的“指定的被測(cè)孔”可以是處理單元23依據(jù)檢測(cè)路徑來確定的，也可是處理單元23響應(yīng)于用戶輸入，進(jìn)而選擇性地對(duì)被測(cè)孔進(jìn)行測(cè)量。

基于上述內(nèi)容，處理單元23通過分布信息可以獲得被測(cè)孔在檢測(cè)區(qū)域中的位置、分布情況，進(jìn)而對(duì)被測(cè)孔的檢測(cè)路徑進(jìn)行規(guī)劃。當(dāng)處理單元23確定只有一個(gè)檢測(cè)區(qū)域時(shí)，處理單元23對(duì)該檢測(cè)區(qū)域中的被測(cè)孔進(jìn)行測(cè)量路徑規(guī)劃；當(dāng)處理單元23確有兩個(gè)以上的檢測(cè)區(qū)域時(shí)，處理單元23先對(duì)該兩個(gè)以上的檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)區(qū)域級(jí)別的路徑規(guī)劃，然后，依據(jù)檢測(cè)區(qū)域的檢測(cè)路徑，來對(duì)一檢測(cè)區(qū)域中的被測(cè)孔進(jìn)行測(cè)量路徑規(guī)劃。另外，處理單元23獲得當(dāng)前檢測(cè)區(qū)域中的被測(cè)孔的分布后，基于被測(cè)孔的檢測(cè)路徑來獲得每個(gè)被測(cè)孔的孔底膜厚的數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)區(qū)域中的被測(cè)孔的測(cè)量，也就是將每個(gè)被測(cè)孔的孔底膜厚數(shù)據(jù)與每個(gè)被測(cè)孔的坐標(biāo)或是其它標(biāo)識(shí)聯(lián)系在一起，以便獲得整個(gè)被測(cè)樣品10上的被測(cè)孔的孔底膜厚數(shù)據(jù)。

另外，為了使得被測(cè)孔的孔底與其在成像單元21和膜厚測(cè)量單元22上所成的像之間存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，被測(cè)樣品10、成像單元21和膜厚測(cè)量單元22在光學(xué)路徑上基于物像平面共軛關(guān)系來進(jìn)行設(shè)置。換句話說，在光學(xué)路徑上，成像單元21的光譜接收面、膜厚測(cè)量單元22的光譜接收面被設(shè)置為與被測(cè)樣品10的反射面光學(xué)共軛。

應(yīng)當(dāng)注意的，雖然圖1中并未將光源以及相關(guān)組件畫出，本領(lǐng)域技術(shù)人員仍然能夠理解的是，該測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包括適用的光源及其相關(guān)組件。另外，雖然圖1將處理單元23作為單獨(dú)的模塊示出，但是處理單元23的功能也可以集成到成像單元21和膜厚測(cè)量單元22，從而使得成像單元21和膜厚測(cè)量單元22也具備數(shù)據(jù)處理能力。在一些實(shí)施例中，處理單元23可以是計(jì)算機(jī)、專用集成電路(asic)、集成在各圖像獲取單元中或單獨(dú)的軟硬件模塊等等。

下面以tsv孔作為被測(cè)孔進(jìn)行闡述。圖2為圖1中所示的tsv孔測(cè)量系統(tǒng)的光路示意圖。該tsv孔測(cè)量系統(tǒng)200以氙燈作為光源，并選擇波長380-700納米作為測(cè)量區(qū)間。為了便于闡述，該測(cè)量系統(tǒng)并未將入射光源示出。

請(qǐng)參照如圖2，tsv孔測(cè)量系統(tǒng)200包括沿光學(xué)傳遞路徑設(shè)置在被測(cè)樣品10之前的物鏡201、管鏡鏡組202、分束器203、成像模塊21、信號(hào)選擇接收組件221以及光譜儀222。下面對(duì)測(cè)量系統(tǒng)200的光學(xué)信號(hào)傳播路徑進(jìn)行闡述。

首先，光源的出射光由光纖耦合至照明光纖端口(未示出)，并由照明鏡組(未示出)整形后經(jīng)半透半反鏡入射至物鏡201，以會(huì)聚垂直狀態(tài)入射至被測(cè)樣品10的表面并與被測(cè)樣品10發(fā)生作用產(chǎn)生反射光。該反射光由物鏡201收集后，經(jīng)由管鏡鏡組202整形后到達(dá)分束器203。分束器203將管鏡鏡組202的出射光至少分為第一反射光、第二反射光，其中，第一反射光由成像模塊21(譬如，成像ccd)接收進(jìn)行成像，第二部分經(jīng)過信號(hào)選擇接收組件221后，被光譜儀222接收。

在實(shí)際應(yīng)用中，測(cè)量系統(tǒng)搭建完成后要進(jìn)行參考光譜測(cè)量。具體而言，在被測(cè)樣品10的支撐臺(tái)上放置一個(gè)反射鏡，調(diào)節(jié)電動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)高度，使得照射至反射鏡鏡面的光束處于會(huì)聚狀態(tài)，再用光譜分析儀222直接測(cè)量通過選擇性接收組件221得到的光譜分布，此時(shí)得到的光譜分布即為參考光譜。

成像模塊21根據(jù)所接收到的管鏡鏡組202的出射光進(jìn)行成像，通過圖像識(shí)別進(jìn)行實(shí)現(xiàn)tsv孔識(shí)別、定位以及孔徑分析。確定好tsv孔的位置后，利用承載被測(cè)樣品10的機(jī)臺(tái)將待測(cè)tsv孔移至照明光斑中心位置，并將光斑聚焦至tsv孔底，在膜厚測(cè)量端利用光譜儀222測(cè)量通過選擇性接收組件221的光譜分布，將該光譜分布除以前述的參考光譜可以得到反射譜分布，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)tsv孔底膜厚的分析。

在本實(shí)施例中，對(duì)tsv孔底膜厚的分析是依照?qǐng)D3a所示的膜厚測(cè)量的原理進(jìn)行的。入射光垂直入射至被測(cè)樣品，反射光由被測(cè)樣品的薄膜上下表面反射光相干疊加而成，上下表面反射光光程差決定反射率。光程差由光波長、薄膜厚度d以及折射率決定，當(dāng)薄膜折射率已知時(shí)，通過測(cè)量一定波長范圍內(nèi)反射率變化便可得到薄膜厚度。

圖3b、圖3c為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的tsv孔底膜厚測(cè)量示意圖。

由于所有照明部分均會(huì)產(chǎn)生反射光，因此，對(duì)于tsv孔底膜厚測(cè)量，需要將光斑聚焦到tsv孔底，并根據(jù)來自孔底的反射光譜來確定tsv孔底膜厚。

如圖3b、圖3c所示，當(dāng)入射光聚焦到tsv孔底時(shí)，孔的周邊區(qū)域和孔底均會(huì)產(chǎn)生反射光。因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)孔底膜厚的測(cè)量，需要將孔的周邊區(qū)域所產(chǎn)生的反射光濾除(即被損耗的光)，然后對(duì)孔底的反射光進(jìn)行分析，進(jìn)而獲得孔底的膜厚。圖2中的信號(hào)選擇接收組件221用于對(duì)發(fā)射光進(jìn)行篩選，使得僅孔底部分的反射光能夠被光譜儀222所接收，同時(shí)對(duì)孔的周邊區(qū)域所產(chǎn)生的反射光進(jìn)行衰減，從而實(shí)現(xiàn)大照明范圍、小檢測(cè)區(qū)域的效果。

下面結(jié)合圖4對(duì)信號(hào)選擇接收組件221進(jìn)行詳細(xì)闡述。

選擇接收組件221包括沿光學(xué)路徑設(shè)置在光譜儀接收面和透鏡組件之間至少一個(gè)光闌。該至少一個(gè)光闌用于使得膜厚測(cè)量單元的光譜接收面僅接收由孔底所產(chǎn)生的反射光。以該接收組件包括同光軸設(shè)置的第一光闌2211、第二光闌2212為例進(jìn)行闡述。第一光闌2211用于濾除第一特性的反射光，第二光闌2212用于濾除第二特性的反射光。在一種實(shí)施方式中，第一特性的反射光的反射角度小于第二特性的反射光的反射角度。

如圖4所示，第一光闌2211、第二光闌2212的孔中心均在光軸上，并且第一光闌2211的直徑大于第二光闌2212。在光學(xué)路徑上，第一光闌2211離物平面較近，用于過濾除tsv孔周邊區(qū)域所發(fā)出的小角度反射光(即l1，l2)，實(shí)現(xiàn)選擇性信號(hào)接收。第二光闌2212離物平面較遠(yuǎn)，濾除tsv孔外邊緣視場所發(fā)出的大角度反射光(l4)。通過兩個(gè)光闌的結(jié)合，光譜儀222僅接收到物平面光軸中心附近發(fā)出的表征tsv孔底膜厚的小角度信號(hào)光。另外，同一位置(譬如，tsv孔周邊區(qū)域)可能在產(chǎn)生小角度反射光的同時(shí)，還產(chǎn)生大角度反射光(l3)?；诘谝弧⒌诙怅@的設(shè)置，該大角度反射光同樣能夠被第二光闌2212濾除。

基于上述配置，來自被測(cè)樣品10的tsv孔底以及孔周邊區(qū)域的信號(hào)光經(jīng)由信號(hào)光收集組件30、然后通過第一光闌2211和第二光闌2212，光譜儀222將僅接收到表征tsv孔底膜厚的小角度信號(hào)光。

由前述可知，測(cè)量系統(tǒng)基于物像平面共軛關(guān)系進(jìn)行設(shè)置，因此，被測(cè)樣品10的表面與其在光譜儀222處所成的像之間具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。相應(yīng)地，在光學(xué)路徑上，信號(hào)選擇性接收組件24設(shè)置在在接收端25(光譜儀)之前，從而便于確定孔底的膜厚分布。通過依據(jù)物像平面共軛來設(shè)置光學(xué)系統(tǒng)，并且設(shè)置信號(hào)選擇性接收組件，可以優(yōu)化信號(hào)過濾效果、降低系統(tǒng)雜散光的影響。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，上述兩個(gè)光闌大小由被測(cè)tsv孔的參數(shù)、信號(hào)收集系統(tǒng)放大倍率、收集系統(tǒng)物平面與像平面距離、光闌的位置等等多個(gè)因素有關(guān)?？梢岳斫獾模?dāng)其它因素不變時(shí)，tsv孔深寬比越大，所需光闌的尺寸越??；成像相對(duì)物的放大倍率越大，所需光闌越小；物像平面距離越大，所需光闌越?。灰约肮怅@越靠近像平面，所需光闌越小。

下面對(duì)測(cè)量系統(tǒng)中的成像模塊21在tsv孔的測(cè)量中的作用進(jìn)行闡述。

成像模塊21根據(jù)所接收到的第一反射光進(jìn)行成像，處理單元23基于接收自成像模塊21的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)tsv孔識(shí)別、定位以及孔徑分析。由此，可以根據(jù)tsv孔在被測(cè)樣品上所分布的區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)路徑規(guī)劃。在本實(shí)施例中，根據(jù)光斑尺寸對(duì)這些檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)路徑規(guī)劃。待路徑規(guī)劃完成后，將按區(qū)域?qū)sv孔進(jìn)行測(cè)量。

本發(fā)明還提出了一種測(cè)量方法，包括如下步驟：

基于來自被測(cè)樣品的第一反射光來獲取被測(cè)樣品表面的成像數(shù)據(jù)，成像數(shù)據(jù)包括tsv孔在被測(cè)樣品的至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域中的分布信息；基于來自被測(cè)樣品的第二反射光來獲取tsv孔的孔底膜厚的數(shù)據(jù)；以及基于分布信息來確定tsv孔的檢測(cè)路徑，并基于孔的檢測(cè)路徑來獲取每個(gè)tsv孔的孔底膜厚的數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域中的tsv孔的測(cè)量。

對(duì)于上述的基于分布信息來確定tsv孔的檢測(cè)路徑的過程包括：基于所述被測(cè)樣品表面的區(qū)域性特征來確定所述至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域，進(jìn)而確定所述至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域的檢測(cè)路徑；以及基于所述tsv孔的特征來確定所述tsv孔在所述至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)域中的分布，進(jìn)而確定所述tsv孔的檢測(cè)路徑。下面結(jié)合圖5、6對(duì)上述的測(cè)量方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。

圖5示出了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)工作流程圖。

首先，執(zhí)行步驟s501，將光斑聚焦至被測(cè)樣品上表面進(jìn)行成像(不限于低倍率成像)，進(jìn)而獲得被測(cè)樣品上表面的成像數(shù)據(jù)，該成像數(shù)據(jù)將在后續(xù)步驟中被用來確定檢測(cè)區(qū)域以及檢測(cè)區(qū)域的檢測(cè)路徑。

然后，執(zhí)行步驟s502：確定檢測(cè)區(qū)域的檢測(cè)路徑。在該步驟中，根據(jù)被測(cè)樣品10上的多個(gè)檢測(cè)區(qū)域的特征來進(jìn)行區(qū)域劃分，進(jìn)而確定該多個(gè)檢測(cè)區(qū)域的檢測(cè)路徑。譬如，根據(jù)各個(gè)檢測(cè)區(qū)域的特點(diǎn)來對(duì)檢測(cè)區(qū)域的檢測(cè)路徑進(jìn)行規(guī)劃。在一實(shí)施方式，還可以根據(jù)光斑尺寸對(duì)這些檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)路徑規(guī)劃。

接著，執(zhí)行步驟s503：按區(qū)域?qū)sv孔進(jìn)行測(cè)量。在該步驟中，依照所確定的檢測(cè)路徑，對(duì)選定的區(qū)域進(jìn)行測(cè)量。可以理解的，也可以根據(jù)用戶的指令來對(duì)特定的區(qū)域進(jìn)行測(cè)量。具體的測(cè)量流程，將結(jié)合圖6在下文進(jìn)行描述。

接著，執(zhí)行步驟s504：判斷是否存在未檢測(cè)的區(qū)域。

若存在，則執(zhí)行步驟s503，若不存在，則前進(jìn)到步驟s505，結(jié)束當(dāng)前樣品的測(cè)量工作。

圖5所示的流程圖包含了按區(qū)域測(cè)量tsv孔的步驟(即，步驟s503)，下面對(duì)該步驟進(jìn)行詳細(xì)闡述。圖6示出了單區(qū)域的tsv孔測(cè)量流程圖。需要明確的是，圖6所示的測(cè)量流程是基于對(duì)被測(cè)樣品表面進(jìn)行高倍率成像所進(jìn)行的。

首先，執(zhí)行步驟s601，將光斑聚焦至被測(cè)樣品上表面的待測(cè)區(qū)域進(jìn)行成像(不限于高倍率成像)。通過該成像過程，可以根據(jù)圖像識(shí)別的結(jié)果來獲得被測(cè)樣品表面圓孔的位置、輪廓、孔徑等信息?？梢岳斫獾?，該步驟中的成像過程可以與前述的確定區(qū)域檢測(cè)路徑的成像過程是同一過程，即在對(duì)多區(qū)域進(jìn)行成像時(shí)，便可以獲得其中單個(gè)區(qū)域中的圓孔分布。

然后，執(zhí)行步驟s602：對(duì)tsv孔進(jìn)行識(shí)別與定位。在該步驟中，根據(jù)被測(cè)樣品tsv孔的特點(diǎn)即可進(jìn)一步確定被測(cè)樣品表面的圓孔中哪些為tsv孔，進(jìn)而確定tsv孔的中心位置、孔徑信息。

其次，執(zhí)行步驟s603：規(guī)劃tsv孔測(cè)量路徑。在該步驟中，根據(jù)tsv孔在被測(cè)樣品上的分布來規(guī)劃測(cè)量路徑，從而確定tsv孔的測(cè)量順序。

然后，執(zhí)行步驟s604：對(duì)tsv孔底膜厚進(jìn)行測(cè)量。在該步驟中，依照規(guī)劃路徑，移動(dòng)被測(cè)樣品，進(jìn)而將相應(yīng)的tsv孔的中心移至被測(cè)光斑中心位置，然后將光斑中心聚焦至孔底。如此，光譜儀25將接收到表征孔底膜厚的信號(hào)光，進(jìn)而獲得當(dāng)前的tsv孔底膜厚以及相應(yīng)的分布。

接著，執(zhí)行步驟s605：判斷是否當(dāng)前區(qū)域中的tsv孔已經(jīng)測(cè)量完成。

在該步驟中，將依據(jù)步驟s603中所確定的測(cè)量路徑判斷是否所有的待測(cè)tsv孔已經(jīng)全部測(cè)量完，若沒有完成，則執(zhí)行步驟s604，對(duì)下一tsv孔進(jìn)行測(cè)量，若完成，則結(jié)束當(dāng)前區(qū)域的tsv孔測(cè)量?？梢岳斫獾模m然步驟s603中已經(jīng)確定測(cè)量路徑，但用戶也可以指定對(duì)部分tsv孔進(jìn)行測(cè)量，或者直接停止測(cè)量。

當(dāng)依照?qǐng)D6中所示的流程對(duì)單區(qū)域的tsv孔完成測(cè)量后，然后根據(jù)規(guī)劃的區(qū)域測(cè)量路徑，對(duì)下一區(qū)域的tsv孔進(jìn)行測(cè)量，直至完成對(duì)被測(cè)樣品10的測(cè)量。

本發(fā)明在一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了在大光斑照明基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)小區(qū)域測(cè)量，使得該方法能在同一光路中實(shí)現(xiàn)大面積成像、小面積膜厚測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)芯片上的tsv孔的全自動(dòng)分析。本發(fā)明是一種非接觸式測(cè)量方法，不會(huì)對(duì)芯片造成破壞，也不會(huì)產(chǎn)生污染，并且測(cè)量速度快，能用于生產(chǎn)過程中工藝監(jiān)測(cè)。

因此，雖然參照特定的示例來描述了本發(fā)明，其中這些特定的示例僅僅旨在是示例性的，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的基礎(chǔ)上，可以對(duì)所公開的實(shí)施例進(jìn)行改變、增加或者刪除。