CN104620071A - 用于可控地显示隐藏在对象如晶片中的结构的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在对象(20)、如晶片的区域中检查包围在所述对象(20)中的结构(70a、70b、70c)、如通孔的存在的成像方法和装置，其采用：成像传感器(22)；能够在所述成像传感器(22)上产生在视场中的对象(20)的图像(73、74)的光学成像单元(34)；和用于产生照明光束(25、30)并以反射方式照亮所述视场的照明单元(23、27)，其特征在于其包括以下步骤：通过用第一照明光束(25、30)照明所述对象(20)来获取第一图像(73)，所述第一照明光束(25、30)的光谱成分适合于对象(20)的性质以使得所述光束(25、30)的光基本能够射入到所述对象(20)中；通过用第二照明光束(25、30)照明所述对象(20)来获取第二图像(74)，所述第二照明光束(25、30)的光谱成分适合于对象(20)的性质以使得所述光束(25、30)的光基本上被对象(20)的表面反射；和比较所述第一图像(73)和第二图像(74)以识别出现在第一图像(73)中但不出现在第二图像(74)中的结构(71a)。

Description

用于可控地显示隐藏在对象如晶片中的结构的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于在多层对象、如晶片上进行尺寸测量的装置和方法。本发明还涉及使得能够定位在这种对象的表面下的结构、特别是用于相对于这些结构布置测量传感器的成像装置。
本发明还涉及用于可控地显示隐藏在对象、如晶片中的结构的方法和成像装置。
本发明的领域更具体地但非限制性地是微电子学、微系统(MEM)或集成光学领域中的装置的测量和尺寸控制的领域。
背景技术
用于微电子学和微系统(MEM、MOEM)的制造技术正朝着复杂体积结构的生产发展，复杂的体积结构可以使得这些系统的功能能够在其体积中的更好的集成。
这些结构的特征在于一些组件层、有时是大量的组件层的叠加，所述组件层具有连接这些组件层的互连轨道(或通孔)。这些技术属于通常被称为“芯片级封装”或“3D集成”。
组件层可以在分开的晶片上生产，然后使其叠加并互相连接。
更准确地，制造方法可以包括以下步骤：
-刻蚀通孔，所述通孔作为仅在晶片的一侧(组件表面)的孔或沟槽开口存在；
-使通孔金属化并至少部分地在组件表面上产生导体轨道及组件，
-通过抛光(通常通过机械方法)后表面(即与组件表面相反的表面)来打薄晶片。将晶片固定到临时运输晶片以获得足够的机械刚性。实际上，在抛光后，晶片的厚度可以降低至几十微米。
打薄使得能够将晶片的厚度降低至预定厚度、或者直至通孔穿透。
在打薄操作期间，控制通孔底部与晶片后表面之间的剩余材料的厚度是非常重要的。
已知使得能够测量该剩余材料厚度的不同技术。
例如，已知基于时域或频域低相干干涉法的技术。
还已知Marx等人的文献US 7,738,113，其描述了一种使得能够基于扫描共聚焦技术或色散共聚焦技术利用探针进行这种测量的装置。
然而，出现定位从晶片的后表面不能看见的通孔的问题。这个问题不是烦琐的，因为这些通孔可能是几微米或几十微米宽，必须能够将直径并非大得多的测量光束准确地布置为与这些通孔对齐。
已知具有产生晶片表面图像、并且使得能够准确地布置测量光束的成像系统的耦合点测距传感器。
这些系统不能够解决该布置的问题，因为：
-如之前解释的，从晶片的后表面不能看见通孔。
-在进行打薄操作时，在晶片的组件表面上已经有会占据几平方毫米的组件和金属轨道。这些组件完全掩盖了通孔的位置，而且它们是完全不透明的，这妨碍了通过透明性来定位通孔。
除了该具体问题之外，“芯片级封装”技术的开发导致对能够准确测量堆叠材料的多个层的厚度或位置的需求。
这些层可以是微米或小于最高几百微米的量级，并且可以有大量的层。实际上，之前所述的测量方法(干涉法或共聚焦法)都不能满足用于该类型的测量的所有规格，这实际上导致必须增加测量装置。
在晶片打薄操作期间，检查通孔是否已经穿透、即在经抛光或经打薄的表面上通孔是否是明显的有时也是非常重要的。这特别地使得能够优化打薄操作并当所有的通孔“显示”时、即当它们出现在经打薄的表面上时停止打薄操作。
本发明的一个目的是克服涉及在复杂结构上的距离和厚度测量的现有技术的缺点。
本发明的一个目的具体地提出一种使得能够定位从晶片表面不能看见的通孔或相似结构的系统。
本发明的一个目的还提出一种使得能够从晶片的后表面进行通孔上的剩余厚度测量的系统。
最后，本发明的一个目的提出一种使得能够在宽的动态范围中和在大量界面上进行厚度测量的系统。
本发明的一个目的还提出使得能够在抛光期间检查通孔是否已经变得明显的方法和成像装置。
发明内容
这个目的是利用一种用于在对象、如晶片的表面处检查包围在所述对象中的结构、如通孔的存在的方法来实现的，该方法使用成像传感器、能够在所述成像传感器上产生在视场中的对象的图像的光学成像单元、和用于产生照明光束并以反射方式照亮所述视场的照明单元，其特征在于，其包括以下步骤：
-通过用第一照明光束照明所述对象来获取对象的第一图像，该第一照明光束的光谱成分适合于对象的性质，以使得所述光束的光基本能够射入到所述对象中，
-通过用第二照明光束照明所述对象来获取对象的第二图像，该第二照明光束的光谱成分适合于对象的性质，以使得所述光束的光基本被对象的表面反射，和
-比较所述第一图像和第二图像以识别出现在第一图像中但不出现在第二图像中的结构。
根据另一方面，提出了一种用于在对象、如晶片的表面处检查包围在所述对象中的结构、如通孔的存在(和/或用于定位穿过对象、如晶片的表面的结构，特别是为了相对于所述结构布置测量传感器)的成像装置，其包括：
-成像传感器，
-能够在所述成像传感器上产生在视场中的对象的图像的光学成像单元，
-用于产生照明光束并以反射方式照亮所述视场的照明单元，
其中，照明单元能够产生光谱成分适合于对象的性质以使得所述光束的光基本能够射入到所述对象中的照明光束。
照明单元也能够产生光谱成分适合于对象的性质以使得所述光束的光基本被对象的表面反射的照明光束。
根据实施方案，照明单元可以包括能够将照明光束的光谱限制到基本能够射入到对象中的波长的光谱滤波器。
光谱滤波器可以包括：
-由与对象的材料相同或相似的材料制成的板；
-硅板；
-过滤光谱以仅允许大于截止波长的波长穿过的板；
-过滤光谱以仅允许大于一微米的波长穿过的板；
-高通(波长)干涉滤波器类型的板；
照明单元还可以包括：
-能够发射光谱包括以下波长的光的光源：基本能够被对象的表面反射的第一波长和基本能够射入到对象中的第二波长，和
-用于将光谱滤波器插入到照明光束中、或从照明光束中移出的切换单元。
根据其他实施方案，照明单元包括能够发射光谱被限制到基本能够射入到对象中的波长的光的光源。
照明单元还可以包括能够发射光谱被限制到基本能够被对象的表面反射的波长的光的第二光源。
根据实施方案，根据本发明的装置包括：
-在视场中沿着与成像系统的光轴基本平行的照明轴入射的照明光束；
-在视场中沿着与成像系统的光轴形成比限定所述成像系统的数值孔径的角度大的角度的照明轴入射的照明光束。
根据实施方案，根据本发明的装置还可以包括布置为以透射方式穿过对象照明视场的透射光源。
成像传感器可以包括在硅衬底上的CCD或CMOS型传感器。
根据本发明的另一方面，提出了一种用于在对象、如晶片上进行尺寸测量的系统，其包括用于测量厚度和/或距离的至少一个光学传感器，和根据本发明的成像装置。
根据本发明的系统还可以包括：
-用于基于时域低相干干涉的原理测量厚度和/或距离的至少一个光学传感器；
-用于基于频域低相干干涉或光学频率扫描干涉的原理测量厚度和/或距离的至少一个光学传感器；
-用于利用穿过光学成像单元的远端物镜的测量光束来测量厚度和/或距离的至少一个光学传感器；
-色度共聚焦型的、用于测量厚度和/或距离的至少一个光学传感器。
根据实施方案，根据本发明的系统可以包括用于测量厚度和/或距离的至少两个光学传感器，其分别地一个布置在光学成像单元一侧的对象表面上，另一个布置在与所述对象相反的表面上。
根据本发明的另一方面，提出了一种用于测量晶片的表面与结构、如通孔之间的材料的剩余厚度的方法，其包括以下步骤：
-通过根据本发明的成像装置定位穿过所述晶片表面的所述结构，
-将用于测量厚度和/或距离的光学传感器与所述结构相反地布置，和
-测量材料的剩余厚度。
附图说明和具体实施方式
通过阅读非限制性的实施方式和实施方案的具体描述以及根据以下附图，本发明的其他优点和特征会变得明显：
-图1示出了根据本发明的测量系统的一个实施方案，
-图2示出了由图1的测量系统解决的测量问题的实例，
-图3示出了基于时域低相干干涉的测量传感器的示意图，
-图4示出了测量问题的另一实例，
-图5示出了根据本发明的成像系统的另一实施方案。
参照图1，根据本发明的测量系统使得能够在测量对象20上进行尺寸测量，包括厚度测量。
图2示出了测量对象20的一个实例，其通过将材料层1、12、13与存在于特定界面上的组件和轨道2组装来构成。
该实例仅是说明性的，并不旨在如实地代表在用于制造组件的方法中的具体步骤。它以非限制性方式简单地示出了可能在用于制造微光学、微系统或微电子学的组件的方法中，更具体地在实施用于以三维方式组装组件的技术或“芯片级封装”类型的技术时，不一定同时地遇到的一组测量问题。
应理解，根据本发明的测量系统经过本领域技术人员范围内的常规调适后，可以在具有与测量技术和所使用波长相兼容的任何类型的材料的测量对象20上实施。
这些材料可以具体地包括晶片(平圆盘材料)、沉积层等形式的硅(Si)，III-V族化合物、如砷化镓(GaAs)或磷化铟(InP)，碳化硅(SiC)，蓝宝石晶体，二氧化硅，绝缘体上硅(SOI)等。
图2的实例中所示的测量对象20包括硅片1，其中已经刻蚀了通孔3。这些通孔3(或“硅穿孔”，TSV)相当于中空结构，例如几微米至数十微米宽的沟槽或孔。
通孔3旨在例如产生组件或金属轨道2与在方法的后续步骤中添加到晶片1外表面的其他组件之间的互连。在这种情况下，它们是金属化的。
为了能够产生这些互连，有必要打薄晶片1以使通孔3在其外表面上明显。该打薄操作通常通过抛光晶片1的外表面来进行。它需要在方法期间对通孔与晶片1的外表面之间的剩余厚度9的规则且准确的控制。该测量称为RST(“剩余硅厚度”)测量。
为了能够进行该测量，必须能够定位穿过晶片1表面的通孔3，并且在测量轴5上准确地布置距离或厚度传感器的测量光束。此外，通孔3不能通过透明性来定位，这是因为它们与具有大得多的尺寸的不透明组件2对齐。
如图2中所示，利用根据本发明的系统有利地解决了其他测量问题：
-沿着测量轴6，当不透明组件2位于测量光束的路径中时，堆叠结构的厚度10(或界面位置)的测量；
-沿着测量轴7，大量连续层的厚度10的测量以及界面位置的测量；
-沿着测量轴8，在微米量级的材料层11至最高数百微米的材料厚度10上的大的动态范围内的厚度测量以及界面位置的测量。
现在会描述图1的测量系统和使得能够进行图2的测量的方式。
根据本发明的测量系统包括：
-点光学距离或厚度测量传感器，其使得能够获取沿着测量轴5、6、7、8的测量，
-用于使对象20可视化和用于能够相对于该对象布置测量传感器的成像装置，
-旨在容纳测量对象20的样品支撑体，其具有用于相对于成像装置和测量传感器移动测量对象的机械布置系统。
成像装置
成像装置包括具有CCD或CMOS型阵列式传感器22的摄像机21。
基本上由透镜和分束元件或合束元件(分束器，部分透明的反射镜，立方体(cube))构成的一组光学成像单元34，使得能够将视场中的对象20成像在摄像机21的传感器22上。
这些光学成像单元34具体地包括远端光学元件36，其使得能够调节图像的放大率。该远端光学元件包括安装在换镜转盘37上以使得其可以容易地更换的显微镜物镜。
成像装置还包括用于照亮对象20上的视场的照明单元。
成像装置必须使得能够：
-使对象20的表面可视化，以使得能够检查该表面，或者相对于可能存在于该表面的结构来定位测量感应器，
-在能够通过透明性看见结构的情况下，对结构、如隐藏在对象20中的组件2进行定位，例如以沿着图2的实例的测量轴7进行这些结构2之间的测量，
-在不能通过透明性看见结构的情况下，对结构、如隐藏在对象20中的通孔3进行定位，例如以沿着图2的实例的测量轴5进行这些结构3之间的测量，
此外，能够检测组件2和通孔3两者，例如以相对于组件2识别通孔3可能会是有用的。
能够使对象20的表面和不能通过透明性看见的隐藏结构3两者可视化的需求导致了矛盾的限制：一种情况下，必须能够在良好的条件下对表面成像，另一种情况下，必须能够对有时仅在该表面下几微米深的结构3成像，而不受来自该表面的反射干扰。
在本发明中，由于所使用的照明配置而解决了这些问题。
硅是在光谱的可见部分不透明而对于大于1微米的近红外波长变得透明的材料。
有趣的是，在灵敏度扩展到1.1μm波长的硅衬底上有基于CCD或CMOS传感器22的摄像机21。这些摄像机相对于红外摄像机具有保持具有适度成本的标准工业摄像机的优点。
因此，能够利用这类摄像机和合适的照明通过硅进行成像。然而，在波长大于1μm的情况下，它们的灵敏度不够好，除非特别地小心，否则由于对象20表面的反射而使得不能进行测量。
根据本发明的成像装置包括旨在产生明视场型反射照亮的第一照亮途径23。该照亮产生沿着基本与成像系统的光轴49平行的照明轴入射到对象20上的照明光束25。在所有表面上基本垂直于光轴49的散射光或反射光有助于摄像机21中的图像。
该第一照亮途径23包括光源24。
在所示实施方案中，该光源24包括通过光纤束连接至光学系统的卤素灯。
该光源24发射可见光波长和近红外波长的光。
第一照亮途径23还包括插入到照明光束25中的光谱滤波器26。该光谱滤波器的功能是限制入射到对象20上的照明光束25的光谱，以使得其基本上仅包括能够射入或透射到对象20中的波长(即，对于该波长，对象20基本上是透明的)。在当前情况下，对于由硅制成的对象20，这些是1μm或更大量级的波长。
因此，光谱滤波器26使得能够使在对象20的外表面上由于不能射入到对象20中并且由此在没有滤波器26时会基本被该表面反射的光源24的波长所造成的反射最小化。
消除或至少强烈地衰减否则会充满摄像机21中的图像的这些反射使得能够获得具有足够品质的位于对象20表面下方的结构(如通孔3)的图像以能够定位结构。
有利地，光谱滤波器26是由与对象20相同的材料、即在所示实施方案中为硅的薄板构成。
因此，其可以以较低的成本生产，同时具有非常适合于对象20的材料的光谱特性，这是因为透射穿过滤波器26的波长也是最好地透射穿过对象20的表面的波长。
第一照亮途径23还包括使得能够产生照明光束25的第二光源60，该照明光束25具有对其来说对象20表面的反射率高的波长(在此为可见光波长)，而不穿过光谱滤波器26。在所示实施方案中，该第二光源包括发光二极管。光源24和第二光源60是电切换的。
根据本发明的成像装置包括旨在产生暗视场型反射照亮的第二照亮途径27。该照亮产生沿着与成像系统的光轴49形成一定角度的照明轴入射到对象20上的照明光束30，所述角度大于限定成像系统的数值孔径的角度35(即成像系统的光轴49与进入远端光学元件36的离光轴49最远的光线之间的角度35)。在该配置中，仅在光学成像系统的方向(在表面上或在对象20中)上散射的光有助于摄像机21中的图像。
在图1的实施方案中，暗场照明光束30与成像系统的光轴49之间的角度是60度的量级，这使得能够涵盖约50度至70度的角度。
第二照亮途径27包括光源28。
在所示实施方案中，该光源28包括通过光纤束连接至光学系统的卤素灯。该光源28发射可见光波长和近红外波长的光。
第二照亮途径27还包括插入到照明光束30中的光谱滤波器29。该光谱滤波器的功能是限制入射到对象20上的照明光束30的光谱，以使得其基本上仅包括能够射入或透射到对象20中的波长(即，对于该波长，对象20基本上是透明的)。在由硅制成的对象20的当前情况下，这些是1μm或更大量级的波长。
因此，光谱滤波器29使得能够使在对象20的外表面上由于来自不能射入到对象20中并且由此在没有滤波器29时会基本被该表面反射的光源28的波长所造成的反射最小化。
消除或至少强烈地衰减否则会充满摄像机21中的图像的这些反射使得能够获得具有足够品质的位于对象20表面下方的结构(如通孔3)的图像以能够定位结构。
有利地，光谱滤波器29是由与对象20相同的材料、即在所示实施方案中为硅的薄板构成。
因此，其可以以较低的成本生产，同时具有非常适合于对象20的材料的光谱特性，这是因为透射穿过滤波器29的波长也是最好地透射穿过对象20的表面的波长。
根据本发明的成像装置包括旨在产生透射照亮的第三照亮途径31。该照亮产生在与成像系统相反的对象表面处入射到对象20上的照明光束33。透射穿过对象20的光有助于摄像机21中的图像，并由此使得能够可视化能够通过透明性看见的对象20的结构2。
第三照亮途径23包括光源32。
在所示实施方案中，该光源32包括通过光纤束连接至光学系统的卤素灯。该光源32特别地发射能够穿过对象20的近红外波长的光。
在该照亮配置中没有关于杂散反射率的问题，这是因为对象20表面上的反射不能被成像单元捕获。
系统设计为使得第一、第二和第三照亮途径可以同时使用，或者单独使用，以获得使得能够在多种情形下定位结构的图像。
光源24、28、32在强度上是可调节的。
光谱滤波器26、29可以容易地更换以适合于对象20的材料。
第二照亮途径27的暗场照亮使得能够在一些情况下、特别是在难以将其与由第一照亮途径23产生的光背景区分开的情况下更好地定位结构3。
应注意，在根据本发明的系统旨在在生产环境下的复杂结构上进行测量的情况下，以自动化方式或至少利用最少的处理来产生最适合需求的复杂照明设备的可能性是至关重要的。
此外，不必在所有配置中提供三种照亮途径的使用。
测量系统
如之前所解释的，测量系统包括成像装置和点光学距离或厚度测量传感器45、46、47。
这些传感器与光学成像单元34相互联系，以使得成像装置能够准确地将测量点布置到对象20上。
现在会描述如在图1的实施方案中使用的点光学距离或厚度测量传感器4。
根据本发明的系统包括根据时域低相干干涉的原理工作的传感器46。该技术也被称为“时域光学相干断层成像”或TD-OTC。
图3示出了基于光纤干涉架构的这种TD-OCT传感器46的示意图。
TD-OTC传感器46包括发射近红外(例如在1310nm附近)的多色光以能够射入对象20的层的光源61(如光纤耦合的超发光二极管)。
来自光源的光被光纤耦合器62分成两个分量。这两个分量分别被延迟线64和内部参照63反射，以在它们之间引入光学延迟。反射光被耦合器62重新组合，然后通过耦合器66和光纤60将其导向测量准直器39和待测量对象20。在参照表面上，在测量准直器39的水平处产生另外的反射。
被测量对象20反射的光和由测量准直器39收集的返回的光，以及在准直器39中的参照表面上的反射光被引导通过耦合器66朝向检测器65。
通过延迟线64进行时间扫描。每当在内部参照63和延迟线64之间重现准直器39中的参照和对象20的界面上的反射之间的光学延迟时，都会在检测器65的信号上获得干涉峰。
由此获得信号，该信号中根据引入到延迟线中的延迟而变化的干涉峰的位置直接代表其上发生反射的对象20的界面的位置或顺序(succession)。
因此，能够例如沿着图2的测量轴10对复杂层的结构成像以获得所有层的顺序或所有界面的顺序。
有利地，来源于测量准直器39的测量光束被插入到光学成像单元34中，该测量光束特别地穿过光学成像单元34的远端物镜36。由此，能够在用摄像机21观察对象的同时进行测量。
TD-OTC传感器46包括具有准直光学元件40的第二测量途径，这使得能够也经由相对于成像系统与对象20相反的表面进行测量。
这使得能够例如沿着测量轴6在不透明结构2的任一侧测量对象20的层的顺序。
在TD-OTC传感器46提供相对于准直器39或40中的参照的绝对光学距离测量的情况下，被称为“卡尺”测量的该配置也使得能够利用两种测量途径39、40的合适校准进行不透明结构2上的厚度测量。
TD-OTC传感器46的一个缺点是，其不能够辨别分开小于几微米的界面。该限制是由于干涉峰的宽度是光源61的谱宽的反函数，而可以以合理的成本商购获得的光源的谱宽是有限的。
有利地，根据本发明的系统还包括根据频率域或频域低相干干涉的原理操作的传感器45。该技术也被称为“频率域光学相干断层成像”或FD-OTC。
FD-OTC传感器45包括发射近红外的多色光以能够射入对象20的层的光源。或者，它可以使用波长可调的光源，其波长随着时间变化以扫描有用的光谱。
通过准直器38将FD-OTC传感器45的测量光束插入到光学成像单元34中，该测量光束特别地穿过光学成像单元34的远端物镜36。由此，能够在用摄像机21观察对象的同时进行测量。
在FD-OTC传感器45中通过光谱仪来分析被对象20反射的光。
由此获得其脉动代表由FD-OCT传感器45的测量光束所穿过的层的厚度的光谱。这些脉动归因于根据反射光之间的光学距离在不同波长出现的相长干涉或相消干涉。
该方法的优点在于使得能够测量取决于光源谱宽的最高达到一微米或更小的小厚度。
其主要缺点是，在测量中不留存对象20的层的空间顺序：获得其次序或序列不能确定的厚度测量结果，这使得对于复杂对象20难以解释测量结果。
此外，用FD-OTC传感器可以测量的最大厚度取决于光谱仪的分辨率，并且由此取决于其包含的单个检测器的数量。该检测器的数量在以InGaAs技术或多量子阱使用近红外传感器的现有光谱仪中是有限的。因此，用FD-OTC传感器可以测量的最大厚度与用其中最大厚度由可以通过延迟线64引入的最大延迟所决定的TD-OCT技术可以测量的最大厚度相比更加有限。
根据本发明的将其与现有技术的装置区别开的一个有利方面，以组合的方式使用TD-OTC 46和FD-OCT 45传感器。这使得能够例如进行图2的测量轴8类型的测量。
在该实例中，将具有一微米量级厚度的透明层4沉积在组件表面上。
TD-OTC传感器46提供层10的顺序，而沉积物4对于其待测量的厚度来说太薄：其在TD-OCT传感器46的测量信号中以单峰的形式出现。
有利地，由FD-OCT传感器45进行的补充测量使得能够测量该厚度。因此，通过组合TD-OCT 46和FD-OCT 45传感器的测量，获得沿着测量轴8的层的表示，这仅用两个传感器中的一个是不能实现的。
根据本发明的系统还包括色度共聚焦型的距离传感器47。
色度共聚焦传感器47与由色散元件41和准直器42构成的色彩光学元件一起使用。这些元件设计为使得穿过它们的来源于色度共聚焦传感器47的不同波长的光在对象20水平上的不同距离处聚焦。对象20上的反射光被这些色度光学元件41、42收集，并传送至色度共聚焦传感器47中的光谱仪。光谱的最大值的分析使得能够测量在这些反射的起源处的对象20界面的位置。
准直器42安装在换镜转盘37上。通过使反射镜43移动的可动滑架44将色散元件41集成到光学系统中。利用色度共聚焦传感器47的测量不能与其他测量同时进行，但对元件进行调节以使得色度光学元件41、42的光轴与成像系统的光轴49一致，以能够在色度共聚焦传感器47位于提前利用成像系统精确定位的位置中时进行测量。
色度共聚焦传感器47具有以下优点：其使得能够高速测量绝对距离，这用FD-OCT传感器45或用TD-OCT传感器46是不能实现的。
因此，在本发明中使用的三种类型的传感器(TD-OCT 46、FD-OCT 45和色度共聚焦47)是高度互补的，并且使得能够进行根据对象20上大量结构的测量。
整个系统是通过计算机48和操作软件控制的，其一方面允许明场23中、暗场27中和透射31中的照亮途径的最佳调节，另一方面使得能够通过最佳地组合TD-OCT 46、FD-OCT 45和色度共聚焦47传感器来进行测量。
因此，复杂的测量方案可以根据预编程的“方法”以半自动的方式进行，在操作者部分具有最少的处理。
通过使用对象20的先验知识和/或图像分析技术，可以使测量自动化。
根据实施方案的变化方案，暗场照亮可以以环形照亮的形式产生。
根据实施方案的变化方案，第一和第二照亮途径的光谱滤波器26、29可以以使得能够获得合适的光谱特性的任何其他方式产生。它们具体地可以包括：
-介电材料的层的叠加以产生干涉滤波器，
-与对象20的材料不同但具有合适的光谱特性的材料。
根据实施方案的变化方案：
-第一照亮途径23的光谱滤波器26可以安装在使得能够将其从照明光束25中移出的可移动支撑体上。相似地，第二照亮途径27的光谱滤波器29可以安装在使得能够将其从照明光束30中移出的可移动支撑体上。这使得能够在最佳条件下，即通过使用来自光源24和/或光源28的光的对其来说对象20的表面的反射率高的波长(在此为可见光波长)来对对象20的表面成像；
-第一照亮途径23可以不包括第二光源60；
-第二照亮途径27还可以包括使得能够产生照明光束30的第二光源，该照明光束30具有对其来说对象20的表面的反射率高的波长(在此为可见光波长)，而不穿过光谱滤波器29；
-光源24、60、28和/或32可以由在照亮途径23、27、31之间共享的一个或更多个主光源同时地或顺序地产生。这可以特别地利用将光从主光源或光源朝向光学系统传输的合适的光纤束来实现；
-光源24、60、28和/或32可以包括任何合适的光源，例如放电灯或光纤氙灯；
-光源24、28和/或32可以包括具有限制到能够射入到对象20中的波长的发射光谱的光源，例如具有以约1050nm为中心的发射光谱的发光二极管。在这种情况下，根据本发明的装置可以不包括在第一照亮途径23和/或第二照亮途径27中的光谱滤波器26、29。
根据实施方案的变化方案，可以根据应用设想与图1中所示配置不同的传感器配置。这些传感器可以是基于其他技术的，和/或测量除了距离和厚度之外的尺寸。
该成像装置也可以通过全场低相干干涉仪来完成，以进行对象20上的布局测量。该干涉仪可以构建在远端物镜36的水平处，以在摄像机21上获得代表对象20的高度的干涉条纹。例如，其可以通过在远端物镜36和对象20之间插入半反射板，并在该半反射板和远端物镜36之间插入参照反射镜来构建。由此可以通过进行该对象20相对于光学系统的受控移动以扫描所有可用的高度来实现对象20的布局测量。
图4示出了也通过使用根据本发明的成像装置的测量方法解决的测量问题。
图4中所示的测量对象20包括硅片1，其中已经刻蚀了金属化的通孔70a、70b、70c。
这些通孔3(或“硅穿孔”，TSV)相当于中空结构，如几微米至数十微米宽的沟槽或孔。然后用金属填充所述结构。
通孔3例如旨在产生组件或金属轨道与在方法的后续步骤中添加到晶片1外表面的其他组件之间的互连。
为了能够产生这些互连，有必要打薄晶片1以使通孔70a、70b、70c在其外表面上是明显的。该打薄操作通常通过抛光晶片1的外表面来实现。
重要的是能够检查在完成抛光时是否所有通孔确实已经“显示”，即它们是否在外表面上都是明显的。这使得能够优化抛光厚度，并且能够检测与抛光均匀性中的缺陷和/或通孔结构中的缺陷相关的任何缺陷。
该检查必须优选地能够在抛光期间快速进行。
因此，提出一种用于可控地显示通孔的方法，其使用根据本发明的成像装置，并且其具有仅基于图像的处理而不需要使用补充的尺寸测量系统的优点。
因此，其使得能够快速地和任选地利用简化的系统进行这些测量。
通过利用光谱成分基本上仅包括能够射入或透射到该对象20中的波长(即，对于该波长，对象20基本上是透明的)的照明光束来照明该对象，借助于摄像机21获取对象20的第一图像73。
该第一图像73可以例如通过使用旨在利用由光谱滤波器26过滤的光源24产生明场型反射照亮的第一照亮途径23来获得。它也可以例如通过使用旨在利用由光谱滤波器29过滤的光源28产生暗场型反射照亮的第二照亮途径27来获得。当然，也可以在没有滤波器的条件下使用光谱成分被限制到能够射入或透射到该对象20中的波长的光源24或28。
该第一图像73包含图像71a、71b、71c，即晶片1表面处存在的所有结构或通孔70b、70c(即，“显示的”)以及仍隐藏在该表面附近的所有结构70a。由于波长的选择，这是其中晶片1表面的影响被最小化的透明的图像。
通过用光谱成分包括对其来说对象20的表面的反射率高的波长(在此为可见光波长)的照明光束来照明该对象，也借助于摄像机21获取第二图像74。
该第二图像74可以例如通过使用旨在利用第二未经过滤的光源60产生明场型反射照亮的第一照亮途径23来获得。
该第二图像74仅包括晶片1表面处存在的结构或通孔70b、70c的图像71b、71c(即“显示的”)。
由于表面的高反射率，不能看见仍然隐藏的结构70a，即使他们十分接近该表面。
在对象20包含硅的情况下，第一图像用大于一微米的近红外波长来获取，而第二图像用可见光谱中的波长来获取。
于是，根据本发明的方法包括比较分析透明图像73和表面图像74以识别未显露的、即在表面处未出现的结构70a的步骤。
该比较分析可以例如包括以下步骤：分割第一和第二图像，和比较分析经分割的区域。
用于可控地显露通孔的该方法当然可以利用如图1中所示的完整测量系统来实施。
当该装置允许通过以下步骤获取图像时，该方法也可以利用如图5中所示的成像装置来实施：
-用光谱成分适合于对象的性质以使得所述光束的光基本能够射入到所述对象中的第一照明光束来照明对象20，
-用光谱成分适合于对象的性质以使得所述光束的光基本被对象的表面反射的第二照明光束来照明对象20。
应理解，关于通用零件，图5中所示的成像装置等同于图1中所示的完整测量系统。因此，关于图1的这些通用零件的全部详细描述也直接地适用于图5的装置。
也可以利用符合图5中所示的装置、但不包括旨在产生暗场型反射照亮的第二照亮途径27的装置来实施用于可控地显示通孔的方法。
当然，本发明不限于以上描述的实例，在不超出本发明的范围的情况下可以对这些实例进行大量调整。

Claims (12)

1.一种用于在对象(20)、如晶片的表面处检查包围在所述对象(20)中的结构(70a、70b、70c)、如通孔的存在的成像方法，其使用成像传感器(22)、能够在所述成像传感器(22)上产生在视场中的所述对象(20)的图像(73、74)的光学成像单元(34)、和用于产生照明光束(25、30)并以反射方式照亮所述视场的照明单元(23、27)，其特征在于，其包括以下步骤：
-通过用第一照明光束(25、30)照明所述对象(20)来获取所述对象(20)的第一图像(73)，所述第一照明光束(25、30)的光谱成分适合于所述对象(20)的性质以使得所述光束(25、30)的光基本能够射入到所述对象(20)中，
-通过用第二照明光束(25、30)照明所述对象(20)来获取所述对象(20)的第二图像(74)，所述第二照明光束(25、30)的光谱成分适合于所述对象(20)的性质以使得所述光束(25、30)的光基本上被所述对象(20)的表面反射，和
-比较所述第一图像(73)和所述第二图像(74)以识别出现在所述第一图像(73)中但不出现在所述第二图像(74)中的结构(71a)。
2.一种用于在对象(20)、如晶片的表面处检查包围在所述对象(20)中的结构(70a、70b、70c)、如通孔的存在的成像装置，其包括：
-成像传感器(22)，
-能够在所述成像传感器(22)上产生在视场中的所述对象(20)的图像的光学成像单元(34)，
-用于产生照明光束(25、30)并以反射方式照亮所述视场的照明单元(23、27)，
其特征在于，所述照明单元(23、27)能够：
-产生光谱成分适合于所述对象(20)的性质以使得所述光束(25、30)的光基本能够射入到所述对象(20)中的照明光束(25、30)，和
-产生光谱成分适合于所述对象(20)的性质以使得所述光束(25、30)的光基本被所述对象(20)的表面反射的照明光束(25、30)。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述照明单元(23、27)包括能够将照明光束的光谱限制到基本能够射入到所述对象(20)中的波长的光谱滤波器(26、29)。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述光谱滤波器(26、29)包括由与所述对象(20)的材料相同或相似的材料制成的板。
5.根据权利要求3或4中任一项所述的装置，其中，所述光谱滤波器(26、29)包括硅板。
6.根据权利要求3至5中的一项所述的装置，其中，所述照明单元(23、27)还包括：
-能够发射光谱包括以下波长的光的光源(24、28)：基本能够被所述对象(20)的表面反射的第一波长和基本能够射入到所述对象(20)中的第二波长，和
-用于将所述光谱滤波器(26、29)插入到所述照明光束中、或从所述照明光束中移出的切换单元。
7.根据权利要求2所述的装置，其中，所述照明单元(23、27)包括光源，所述光源能够发射光谱被限制到基本能够射入到所述对象(20)中的波长的光。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述照明单元(23、27)还包括第二光源，所述第二光源能够发射光谱被限制到基本能够被所述对象(20)的表面反射的波长的光。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其包括在所述视场中沿着与所述成像系统的光轴(49)基本平行的照明轴入射的照明光束(25)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其包括在所述视场中沿着与所述成像系统的光轴(49)形成比限定所述成像系统的数值孔径的角度(35)大的角度的照明轴入射的照明光束(30)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其还包括布置为以透射方式穿过所述对象(20)照明所述视场的透射光源(32)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述成像传感器(22)包括硅衬底上的CCD或CMOS型传感器。
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