TWI805083B - 異質整合檢測方法與異質整合檢測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種異質整合檢測方法與異質整合檢測裝置。異質整合檢測方法包括下列步驟。在維持一樣品與一干涉物鏡的相對距離不變的條件下，根據樣品在干涉物鏡的視野內的一影像的變化而持續調整干涉物鏡與樣品的相對姿態，直到根據影像而判斷干涉物鏡的一第一光軸實質上垂直於樣品的表面為止。將干涉物鏡替換為一成像物鏡並檢測樣品的至少一穿孔的幾何形貌。替換後的成像物鏡的一第二光軸與替換前的干涉物鏡的第一光軸重疊。

Description

異質整合檢測方法與異質整合檢測裝置
本發明是有關於一種檢測方法與檢測裝置，且特別是有關於一種異質整合檢測方法與異質整合檢測裝置。
在三維積體電路(3 dimension integrated circuit, 3D IC)的封裝技術中，矽穿孔(Through-Silicon Via, TSV)技術使得電訊號能以較短的垂直路徑傳輸，從而縮短導電路徑的長度以大幅度地降低電阻電容延遲(RC delay)的問題。
在採用光學的非破壞性手段檢測矽穿孔的深度時，如果入射光沒有垂直於樣品的表面，將無法正確檢測出矽穿孔的深度。由於矽穿孔的孔徑不斷縮小，使其深寬比不斷增加，入射光沒有垂直於樣品的表面的問題更使光學的非破壞性檢測的精確度嚴重下降。
本發明提供一種異質整合檢測方法與異質整合檢測裝置，可改善光學的非破壞性檢測的精確度嚴重下降的狀況。
本發明的異質整合檢測方法包括下列步驟。在維持一樣品與一干涉物鏡的相對距離不變的條件下，根據樣品在干涉物鏡的視野內的一影像的變化而持續調整干涉物鏡與樣品的相對姿態，直到根據影像而判斷干涉物鏡的一第一光軸實質上垂直於樣品的表面為止。將干涉物鏡替換為一成像物鏡並檢測樣品的至少一穿孔的幾何形貌。替換後的成像物鏡的一第二光軸與替換前的干涉物鏡的第一光軸重疊。
在本發明的一實施例中，檢測樣品的至少一穿孔的幾何形貌包括檢測樣品的至少一穿孔的深度。
在本發明的一實施例中，將干涉物鏡替換為成像物鏡的過程是沿垂直於干涉物鏡的第一光軸的方向移動干涉物鏡與成像物鏡。
在本發明的一實施例中，調整干涉物鏡與樣品的相對姿態的步驟包括：在以樣品在干涉物鏡的視野的一中心點為球心的一球面上移動干涉物鏡。
在本發明的一實施例中，調整干涉物鏡與樣品的相對姿態的步驟還包括：三軸平移樣品。
在本發明的一實施例中，異質整合檢測方法更包括在檢測樣品的一第一檢測區的至少一穿孔的幾何形貌後，將成像物鏡替換為干涉物鏡並移動樣品以改變干涉物鏡的視野，接著重複前述步驟以檢測樣品的位於第一檢測區之外的區域的穿孔的幾何形貌。
在本發明的一實施例中，影像的變化是干涉條紋的疏密變化與干涉條紋的方向變化的至少其中之一。
本發明的異質整合檢測裝置包括一第一移動機構、一光學系統、一樣品載台以及一分析儀。光學系統安裝於第一移動機構。光學系統包括一干涉物鏡與一成像物鏡。樣品載台用以承載一樣品。分析儀用以獲取光學系統輸出的一影像。在一樣品與一干涉物鏡相對距離不變的條件下，根據樣品在干涉物鏡的視野內的影像的變化而持續以第一移動機構調整干涉物鏡與樣品的相對姿態，直到根據影像而判斷干涉物鏡的一第一光軸實質上垂直於樣品的表面為止。將干涉物鏡替換為成像物鏡並檢測樣品的至少一穿孔的幾何形貌。替換後的成像物鏡的一第二光軸與替換前的干涉物鏡的第一光軸重疊。
在本發明的一實施例中，光學系統更包括一第二移動機構，用以沿垂直於干涉物鏡的第一光軸的方向移動干涉物鏡與成像物鏡。
在本發明的一實施例中，第一移動機構是球面移動機構，在以樣品在干涉物鏡的視野的一中心點為球心的一球面上移動干涉物鏡。
在本發明的一實施例中，異質整合檢測裝置更包括一三軸移動機構。樣品載台安裝於三軸移動機構。
在本發明的一實施例中，分析儀包括一光譜儀，用以檢測樣品的至少一穿孔的幾何形貌。
在本發明的一實施例中，分析儀包括一影像擷取元件。
基於上述，在本發明的異質整合檢測方法與異質整合檢測裝置中，確保了成像物鏡的光軸實質上垂直於樣品的表面，可提高檢測的精確度。
首先說明，異質整合（heterogeneous integration）是指將多個分開製造的元件組裝及封裝至單一封裝體內，以提升功能與操作特性。
圖1是依照本發明的一實施例的異質整合檢測裝置的示意圖。請參照圖1，本實施例的異質整合檢測裝置100包括一第一移動機構110、一光學系統200、一樣品載台120以及一分析儀130。光學系統200安裝於第一移動機構110。光學系統200包括一干涉物鏡210與一成像物鏡220。樣品載台120用以承載一樣品50。分析儀130用以獲取光學系統200輸出的一影像。本實施例中，光學系統200是整個安裝於第一移動機構110，但本發明不侷限於此。
圖2是依照本發明的一實施例的異質整合檢測方法的流程圖。請參照圖1與圖2，首先，在維持干涉物鏡210與樣品50的相對距離不變的條件下，根據樣品50在干涉物鏡210的視野內的影像的變化而持續以第一移動機構110調整干涉物鏡210與樣品50的相對姿態，直到根據影像而判斷干涉物鏡210的第一光軸210A實質上垂直於樣品50的表面52為止，步驟S12。這裡所說的相同的相對距離是指，干涉物鏡210與樣品50上的視野的中心點C10的距離實質上相同。
此外，選擇性地，除了維持干涉物鏡210與樣品50的相對距離不變，也可維持干涉物鏡210的視野不變，也就是經由干涉物鏡210可看到的樣品50上的範圍實質上相同。當然，隨著干涉物鏡210與樣品50的相對姿態的改變，視野的邊緣會有微幅的變化，但只要視野的中心點C10的位置維持不變即可視為維持了相同視野。
隨著干涉物鏡210與樣品50的相對姿態的調整，樣品50在干涉物鏡210的視野內的影像也會產生變化。從影像的變化趨勢可以判斷應該如何調整干涉物鏡210與樣品50的相對姿態，以使干涉物鏡210的第一光軸210A朝向實質上垂直於樣品50的表面52的趨勢改變。最終，可從影像判斷出干涉物鏡210的第一光軸210A實質上已經垂直於樣品50的表面52，此時即可停止調整干涉物鏡210與樣品50的相對姿態。在本實施例中，上述的影像的變化的判斷以及干涉物鏡210與樣品50的相對姿態的調整，都可由電腦執行軟體而以自動化控制的方式完成。
圖3是圖1的異質整合檢測裝置100在另一狀態下的示意圖。請參照圖2與圖3，將干涉物鏡210替換為成像物鏡220並檢測樣品50的至少一穿孔54（標示於圖4）的幾何形貌，步驟S14。替換後的成像物鏡220的第二光軸220A與替換前的干涉物鏡210的第一光軸210A重疊。由於替換後的成像物鏡220的第二光軸220A與替換前的干涉物鏡210的第一光軸210A重疊，所以替換後的成像物鏡220的第二光軸220A也會實質上已經垂直於樣品50的表面52。如此一來，可以確保通過成像物鏡220而照射到樣品50上的用於檢測的光線會垂直於樣品50的表面52，得以正確檢測出穿孔54的深度。
根據上述，在本實施例的異質整合檢測裝置100與異質整合檢測方法中，先以干涉物鏡210確認檢測用的光線可以垂直於樣品50的表面52的方向照射到樣品50上，再將干涉物鏡210替換為成像物鏡220並檢測樣品50的至少一穿孔54的幾何形貌，因此可以非破壞性地檢測的樣品50且具有高精確度。
圖4是圖1的異質整合檢測裝置100所檢測的樣品50的上視示意圖。請參照圖1與圖4，在本實施例中，異質整合檢測方法更包括在檢測樣品50的至少一穿孔54的幾何形貌後，將成像物鏡220替換為干涉物鏡210並移動樣品50以改變干涉物鏡210的視野，接著重複前述步驟以檢測樣品50的其他區域的穿孔54的幾何形貌。樣品50的面積通常不是干涉物鏡210的單一視野可以完全涵蓋的。舉例來說，前面的步驟中，干涉物鏡210的視野以及替換為成像物鏡220後的視野是對應於樣品50上的第一檢測區R12。在完成樣品50上的第一檢測區R12的穿孔54的幾何形貌的檢測後，可檢測樣品50上的位於第一檢測區R12之外的區域的穿孔的幾何形貌，例如是為於區域R14的穿孔的幾何形貌，以此依序完成樣品50上需要檢測的所有區域的檢測。除了將成像物鏡220替換回干涉物鏡210，也需移動樣品50以使干涉物鏡210的視野對應到樣品50上的區域R14。然後，因為樣品50的移動過程中可能改變其姿態，或者樣品50上的區域R14的表面不完全平行於樣品50上的第一檢測區R12的表面，又或者其他因素，故重複圖2中的步驟S12，可重新確認干涉物鏡210的第一光軸210A實質上垂直於樣品50的表面52。之後，進行圖2中的步驟S14，以檢測樣品50上的區域R14的穿孔54的幾何形貌。
在本實施例中，光學系統200更包括一第二移動機構230，用以沿垂直於干涉物鏡210的第一光軸210A的方向移動干涉物鏡210與成像物鏡220。以此方式，可降低替換後的成像物鏡220的第一光軸210A的方向未重疊於替換前的干涉物鏡210的第一光軸210A的可能性。
在本實施例中，第一移動機構110是球面移動機構（Goniometer stage），在以樣品50在干涉物鏡210的視野的一中心點C10為球心的一球面上移動干涉物鏡210。換言之，在第一移動機構110移動光學系統200的過程中，會保持干涉物鏡210與樣品50在干涉物鏡210的視野的中心點C10的距離不變。
在本實施例中，異質整合檢測裝置100更包括一三軸移動機構150。樣品載台120安裝於三軸移動機構150。在調整干涉物鏡210與樣品50的相對姿態的過程中，若發現干涉物鏡210與樣品50在干涉物鏡210的視野的中心點C10的距離產生變化，可由三軸移動機構150三軸平移樣品載台120，以補償樣品50的位置偏差。
圖5是圖1的異質整合檢測裝置100的光路示意圖。請參照圖1與圖5，在本實施例中，分析儀130包括一光譜儀132，用以檢測樣品50的至少一穿孔54的幾何形貌。稍後將舉例說明光譜儀132如何檢測樣品50的至少一穿孔54的幾何形貌。在本實施例中，分析儀130還包括一影像擷取元件134。影像擷取元件134獲取光學系統200輸出的影像，而分析此影像可判斷干涉物鏡210的第一光軸210A是否實質上垂直於樣品50的表面52。舉例來說，在調整干涉物鏡210與樣品50的相對姿態的過程中，影像的變化包括了干涉條紋的疏密變化、干涉條紋的方向變化或其他變化。根據這樣的變化，可以判斷應該如何調整干涉物鏡210與樣品50的相對姿態，以使干涉物鏡210的第一光軸210A朝向實質上垂直於樣品50的表面52的趨勢改變。
在本實施例中，光學系統200還可包括光源280、光圈242與244、分光元件250、光圈反射鏡260與反射鏡270。當然，只要能滿足前面的敘述中的光學系統200的功能需求，光學系統200還可包括其他元件或省略部分元件。光源280提供的光線首先通過光圈242，而光圈242的調整可改變光線照射在樣品50的表面上的範圍大小。光線通過光圈242後全部或部分被分光元件250反射而通過光圈244。分光元件250可以是半穿透半反射式分光元件250，也可以是其他型態的分光元件。光線通過光圈244後照射在樣品50的表面上並被反射，然後再次通過光圈244而到達分光元件250。樣品50反射光線時會有部分的雜散光，容易影響對於穿孔54的幾何形貌的判斷。因此，適當地縮小光圈244可以濾除雜散光，提高對於穿孔54的幾何形貌的判斷的正確性。
通過光圈244而到達分光元件250的光線全部或部分穿過分光元件250而到達光圈反射鏡260。通過光圈反射鏡260的中央的光圈的光線可以到達光譜儀132，而光譜儀132所量測到的光譜圖就可用於判斷穿孔54的幾何形貌。另一方面，通過光圈反射鏡260的中央的光圈的光線則被反射至反射鏡260，再被反射鏡260反射至影像擷取元件134。影像擷取元件134可用於顯示干涉條紋的疏密變化、干涉條紋的方向變化或其他影像變化，以判斷應該如何調整干涉物鏡210與樣品50的相對姿態。
圖6是圖1的樣品的局部剖面示意圖。請參照圖1與圖6，本實施例的樣品50包括基底56以及覆蓋在基底56上的膜層58，而穿孔54貫穿膜層58並延伸至基底56。基底56例如是矽基底，而基底56與膜層58的材質不同，但本發明不以此為限。在本實施例中，檢測樣品50的至少一穿孔54的幾何形貌包括檢測樣品50的至少一穿孔54的深度。舉例來說，因為成像物鏡220的視野內包含了多個穿孔54，所以可以量測這些穿孔54的平均深度。並且，為了提高準確度，可以進行多次量測而取得多個量測數據的平均值。
圖7是圖1的異質整合檢測裝置100所獲取的光譜訊號的示意圖。圖7顯示到達光譜儀132的光線的光譜圖。橫軸為波長，單位為奈米(nanometer, nm)。縱軸為入射光譜儀的光線的強度根據光源所提供的光線的強度而標準化（normalized）過後的強度。由圖7可以出，到達光譜儀132的光線主要為一低頻的曲線波形，且此低頻的曲線波形上載有一高頻的曲線波形。將圖7的波形分析後，可以取得如圖8的低頻圖譜以及如圖9的高頻圖譜。
圖8與圖9中所示的低頻圖譜以及高頻圖譜是在波長域中，可先將低頻圖譜以及高頻圖譜轉換至反波長域中，再對轉換後的低頻圖譜以及高頻圖譜進行快速傅立葉轉換(fast fourier transform, FFT)，以形成如圖10以及圖11中的波形。圖10以及圖11中的橫軸為長度，單位為微米(micrometer,μm)，而縱軸為入射光譜儀的光線的強度根據光源所提供的光線的強度而標準化過後的強度。在圖10中橫軸座標為0.422微米處具有最大的強度，由此可判斷薄膜58的厚度為0.422微米。在圖11中橫軸座標為32.43微米處具有最大的強度，由此可判斷穿孔54的深度為32.43微米。以上舉例說明本實施例如何判斷穿孔54的幾何形貌，但本發明不侷限於此。
綜上所述，在本發明的異質整合檢測方法與異質整合檢測裝置中，先使用干涉物鏡而確認其光軸實質上垂直於樣品的表面，再使用成像物鏡進行檢測，可提高檢測的精確度。
50:樣品 52:表面 56:基底 58:膜層 100:異質整合檢測裝置 110:第一移動機構 120:樣品載台 130:分析儀 132:光譜儀 134:影像擷取元件 150:三軸移動機構 200:光學系統 210:干涉物鏡 210A:第一光軸 220A:第二光軸 220:成像物鏡 230:第二移動機構 242,244:光圈 250:分光元件 260:光圈反射鏡 270:反射鏡 280:光源 C10:中心點 S12,S14:步驟 R12:第一檢測區 R14:區域
圖1是依照本發明的一實施例的異質整合檢測裝置的示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例的異質整合檢測方法的流程圖。 圖3是圖1的異質整合檢測裝置在另一狀態下的示意圖。 圖4是圖1的異質整合檢測裝置所檢測的樣品的上視示意圖。 圖5是圖1的異質整合檢測裝置的光路示意圖。 圖6是圖1的樣品的局部剖面示意圖。 圖7是圖1的異質整合檢測裝置所獲取的光譜訊號的示意圖。 圖8是從圖7的光譜訊號解析出的低頻圖譜。 圖9是從圖7的光譜訊號解析出的高頻圖譜。 圖10是對圖8的低頻圖譜進行訊號處理後得到結果。 圖11是對圖9的高頻圖譜進行訊號處理後得到結果。
50:樣品 52:表面 100:異質整合檢測裝置 110:第一移動機構 120:樣品載台 130:分析儀 150:三軸移動機構 200:光學系統 210:干涉物鏡 210A:第一光軸 220:成像物鏡 230:第二移動機構 C10:中心點

Claims (13)

  1. 一種異質整合檢測方法，包括： 在維持一樣品與一干涉物鏡的相對距離不變的條件下，根據該樣品在該干涉物鏡的視野內的一影像的變化而持續調整該干涉物鏡與該樣品的相對姿態，直到根據該影像而判斷該干涉物鏡的一第一光軸實質上垂直於該樣品的表面為止；以及 將該干涉物鏡替換為一成像物鏡並檢測該樣品的至少一穿孔的幾何形貌，其中替換後的該成像物鏡的一第二光軸與替換前的該干涉物鏡的該第一光軸重疊。
  2. 如請求項1所述的異質整合檢測方法，其中檢測該樣品的該至少一穿孔的幾何形貌包括檢測該樣品的該至少一穿孔的深度。
  3. 如請求項1所述的異質整合檢測方法，其中將該干涉物鏡替換為該成像物鏡的過程是沿垂直於該干涉物鏡的該第一光軸的方向移動該干涉物鏡與該成像物鏡。
  4. 如請求項1所述的異質整合檢測方法，其中調整該干涉物鏡與該樣品的相對姿態的步驟包括：在以該樣品在該干涉物鏡的視野的一中心點為球心的一球面上移動該干涉物鏡。
  5. 如請求項4所述的異質整合檢測方法，其中調整該干涉物鏡與該樣品的相對姿態的步驟還包括：三軸平移該樣品。
  6. 如請求項1所述的異質整合檢測方法，更包括在檢測該樣品的一第一檢測區的該至少一穿孔的幾何形貌後，將該成像物鏡替換為該干涉物鏡並移動該樣品以改變該干涉物鏡的視野，接著重複前述步驟以檢測該樣品的位於該第一檢測區之外的區域的穿孔的幾何形貌。
  7. 如請求項1所述的異質整合檢測方法，其中該影像的變化是干涉條紋的疏密變化與干涉條紋的方向變化的至少其中之一。
  8. 一種異質整合檢測裝置，包括： 一第一移動機構； 一光學系統，安裝於該第一移動機構，其中該光學系統包括一干涉物鏡與一成像物鏡； 一樣品載台，用以承載一樣品；以及 一分析儀，用以獲取該光學系統輸出的一影像； 其中，在維持該樣品與該干涉物鏡相同視野與相同的相對距離不變的條件下，根據該樣品在該干涉物鏡的視野內的該影像的變化而持續以該第一移動機構調整該干涉物鏡與該樣品的相對姿態，直到根據該影像而判斷該干涉物鏡的一第一光軸實質上垂直於該樣品的表面為止，以及 將該干涉物鏡替換為該成像物鏡並檢測該樣品的至少一穿孔的幾何形貌，其中替換後的該成像物鏡的一第二光軸與替換前的該干涉物鏡的該第一光軸重疊。
  9. 如請求項8所述的異質整合檢測裝置，其中該光學系統更包括一第二移動機構，用以沿垂直於該干涉物鏡的該第一光軸的方向移動該干涉物鏡與該成像物鏡。
  10. 如請求項8所述的異質整合檢測裝置，其中該第一移動機構是球面移動機構，在以該樣品在該干涉物鏡的視野的一中心點為球心的一球面上移動該干涉物鏡。
  11. 如請求項8所述的異質整合檢測裝置，更包括一三軸移動機構，其中該樣品載台安裝於該三軸移動機構。
  12. 如請求項8所述的異質整合檢測裝置，其中該分析儀包括一光譜儀，用以檢測該樣品的該至少一穿孔的幾何形貌。
  13. 如請求項8所述的異質整合檢測裝置，其中該分析儀包括一影像擷取元件。
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