CN105164518A - Tsv测量装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了能够测量诸如TSV的通孔的TSV测量装置及测量方法。用于测量形成在测量对象物的TSV的TSV测量装置，包括：光源；数字可变光圈部，被提供于从光源照射的光的路径上，并且根据TSV的纵横比(aspect？ratio)调节从光源照射的光的照射面积；分束器，以相互垂直的第一方向与第二方向分割并输出通过数字可变光圈部的光，并且结合第一反射光及第二反射光来输出其结合光，其中第一反射光为从配置在第一方向的所述测量对象物反射的光，第二反射光为从配置在第二方向的镜面反射的光；及检测部，利用从分束器引导出的结合光来测量TSV。数字可变光圈部无物理性的移动且对应于TSV的纵横比来选择性地具有相互不同的口径大小的执行光圈功能。

Description

TSV测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及TSV测量装置及测量方法，更详细的说涉及利用适用数字可变光圈的干涉仪能够测量诸如TSV的通孔的TSV测量装置及测量方法。
背景技术
为了实现高密度的半导体回路，通过曝光来实现精细线宽，但是因衍射限度能够实现的线宽受到了限制。
为了克服这一问题，提出了利用波长比诸如极紫外线(EUV)的可视光短的光来减少衍射限度的方法、垂直层叠已完成工艺的多个的晶圆芯片来提高密度的3D半导体封装(3Dsemi-conductorpackaging)工艺等。
在垂直层叠多个晶圆芯片的3D半导体封装工艺中，为了在多个层叠晶圆芯片之间构成收发电气性信号的回路，各个晶圆层的回路应该相互电气性连接。为了晶圆层之间的电气性连接，在硅晶圆形成称为TSV(ThroughSiliconVia，硅通孔)的细长的孔(以下，称为通孔)，在其通孔填充导电物质来连接晶圆层之间的回路。一般地说，TSV工艺可通过深度蚀刻(deepetching)等来实现。
另外，通孔应当形成为在一个晶圆上全部具有相同的深度与直径，在形成相互不同的直径或深度的情况下，在研磨之后与其他晶片层叠时无法电气性连接一部分回路，因此可能产生不良产品。因此，检查是否以固定的深度与直径制作形成在晶圆的通孔可以是3D半导体封装的制造工艺中重要的过程之一。
作为用于检查TSV(通孔)形成状态的TSV测量方法，有利用干涉仪的方法，及切割形成TSV的晶圆剖面并用扫描电子显微镜(SEM,scanningelectronmicroscope)进行检查的方法等。
其中，在利用干涉仪的方法中使用的最具代表性的干涉仪为白光干涉(WLI,WhiteLightInterferometer)，将在一个光源射出的光一分为二，并使分出来的两个光构成直角之后重新汇合，由两个的光的光程差来形成干涉纹路的方法。
但是，在利用现有的利用干涉仪的方法的情况下，使光向TSV射出的透镜通过广角镜射出时，入射TSV的光的入射角大于TSV的直径，因此实际上入射TSV内部的光量小，进而无法到达TSV底面，因此存在事实上不可能测量TSV或很难测量TSV的问题。
并且，就算替换光源使到达TSV底面的光的强度变强，由以形成TSV的方向每预定距离测量向TSV发射到光的焦点，因此测量时间长并且结果数据的容量也非常大，因此成为了整体系统的超负荷的原因。
据此，在最近正在提出能够提高TSV的测量准确度的TSV测量装置的部分对策，但是还是不足，因此切实需要对TSV测量装置的开发。
发明内容
(要解决的技术问题)
本发明提供能够准确地测量TSV(通孔)形成状态的TSV测量装置及测量方法。
尤其是，本发明提供利用数字可变光圈能够准确地测量TSV形成状态的TSV测量装置及测量方法。
并且，本发明提供可将构造简单化并且能够进行更加有效且精密的测量的TSV测量装置及测量方法。
并且，本发明能够提高TSV测量的便利性并且能够缩短测量时间的TSV测量装置及测量方法。
(解决问题的手段)
为了达成上述的目的，本发明的TSV测量装置，根据用于测量形成在测量对象物的TSV的TSV测量装置，包括：光源；数字可变光圈部，被提供于从所述光源照射的光的路径上，并且根据所述TSV的纵横比调节从所述光源照射的光的照射面积；分束器，以相互垂直的第一方向与第二方向分割并输出通过所述数字可变光圈部的光，并且结合第一反射光及第二反射光来输出其结合光，其中所述第一反射光为从配置在所述第一方向的所述测量对象物反射的光，第二反射光为从配置在所述第二方向的镜面反射的光；及检测部，利用从所述分束器引导出的所述结合光来测量所述TSV，其中，所述数字可变光圈部无物理性的移动且对应于TSV的纵横比来选择性地具有相互不同的口径大小的执行光圈功能。
根据本发明的TSV测量装置中，可利用LCD(LiquidCrystalDisplay，液晶显示器)提供所述数字可变光圈部。
根据本发明的TSV测量装置中，还可包括光量调节部，所述光量调节部被提供于在所述分束器分割而入射到所述镜面的光的路径上，并且选择性地调节入射所述镜面的光的光量。
根据本发明的TSV测量装置中，所述光量调节部根据所述TSV的纵横比调节入射所述镜面的光的光量，由数学式【1】来计算从所述测量对象物反射的所述第一反射光。
数学式【1】
所述光量调节部调节入射到所述镜面的光的光量，以使其具有所述第一反射光的光量的0.5～2倍的倍率。
根据本发明的TSV测量装置中，可利用LCD(LiquidCrystalDisplay)来提供所述光量调节部。
在根据本发明的TSV测量装置中，还可包括光学系，在所述数字可变光圈部与所述分束器之间及所述分束器与所述检测部之间中的至少一处提供所述光学系。
并且，为了达成上述目的，本发明的TSV测量方法，根据用于测量形成在测量对象物的TSV的TSV测量方法，其特征在于，包括：从光源照射光的步骤；利用数字可变光圈部，根据TSV的纵横比调节从光源照射的光的照射面积的步骤；以相互垂直的第一方向与第二方向分割并输出通过数字可变光圈部的光，并结合第一反射光及第二反射光来输出其结合光的步骤，其中第一反射光为从配置在第一方向的测量对象物反射的光，第二反射光为从配置在第二方向的镜面反射的光；及利用结合光来测量TSV的步骤，其中，数字可变光圈部对应于TSV的纵横比，执行无物理性移动且具有相互不同的口径大小的光圈功能。
(发明效果)
根据本发明的TSV测量装置及测量方法，能够准确地测量TSV(通孔)的形成状态。
尤其是，根据本发明，利用数字可变光圈能够更加快速且准确地测量TSV形成状态。
并且，根据本发明，能够使充分的光到达TSV的内部底面，进而能够防止因在TSV内部中的光量不足而无法测量的现象，并且能够更加有效且精密地进行测量。
并且，根据本发明，由于是利用数字可变光圈，因此对光圈口径大小没有限制且根据要求的条件可自由地调节光圈口径大小。
并且，根据本发明，由于利用数字可变光圈来代替利用电机等的模拟光圈，因此可将构造简单化，并且能够更加易于调节光圈口径大小。
并且，根据本发明，无需根据TSV的纵横比物理性地改变光圈，因此能够提高测量的便利性，并且能够缩短测量时间。
附图说明
图1是示出根据本发明的TSV测量装置的图面。
图2是作为根据本发明的TSV测量装置，是用于说明第一反射光(样本光)及第二反射光(基准光)的图面。
图3是作为根据本发明的TSV测量装置，是用于说明数字可变光圈的图面。
图4是作为根据本发明的TSV测量装置，是用于说明光量调节部的图面。
图5是作为根据本发明的TSV测量装置，是用于说明从测量目标物反射的第一反射光的计算方式的图面。
图6及图7是用于说明根据本发明的TSV测量装置的干涉现象的图面。
图8是用于说明利用根据本发明的TSV测量装置的TSV的测量示例的图面。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施例，但是本发明并不被实施例限制或限定。在说明本发明时，为了明确本发明的要点，可省略对于公知的功能或构成的具体说明。
图1是示出根据本发明的TSV测量装置的图面。图2是作为根据本发明的TSV测量装置，是用于说明第一反射光(样本光)及第二反射光(基准光)的图面。图3是作为根据本发明的TSV测量装置，是用于说明数字可变光圈的图面。图4是作为根据本发明的TSV测量装置，是用于说明光量调节部的图面。图5是作为根据本发明的TSV测量装置，是用于说明从测量目标物反射的第一反射光的计算方式的图面。图6及图7是用于说明根据本发明的TSV测量装置的干涉现象的图面。图8是用于说明利用根据本发明的TSV测量装置的TSV的测量示例的图面。
参照图1，根据本发明的TSV110测量装置为，在垂直层叠多个测量对象物100(例如，晶圆芯片)的3D半导体封装工艺中，为了电气性连接各个测量对象物100之间，可使用于为了测量在测量对象物100形成的诸如TSV(ThroughSilicon)110的通孔是否根据设计条件正确形成，并且TSV110测量装置包括光源10、数字可变光圈部20、分束器50及检测部90。
作为所述光源10，根据要求的条件及设计规格可使用各种光源10。由一示例，作为光源10可使用照射白色光的发光二极管(LED)，并且根据情况可使用诸如卤素灯的其他常见的白色光源。
所述数字可变光圈部20为，在从光源10照射的光的路径上提供所述数字可变光圈部20，并且构成为可调节从光源10照射的光的照射面积。可根据TSV110的纵横比(aspectratio)改变通过数字可变光圈部20的光的照射面积。
在这里，根据TSV110的纵横比调节从光源10照射的光的照射面积，可理解为根据TSV110的纵横比调节通过数字可变光圈部20的光的面积(口径大小)。并且，在本发明中TSV110的纵横比是指TSV110的深度除以TSV110的直径的比，通过TSV110的纵横比可计算向TSV110入射的光的入射角。
数字可变光圈部20可被提供为能够无物理性移动且改变口径数值(大小)的各种构造。由一示例，可利用LCD(LiquidCrystalDisplay)提供数字可变光圈部20，并且根据TSV110的纵横比可激活(activate)具有相互不同大小(直径)的光透射区域22(对应光圈口径)。
如上所述，利用LCD的数字可变光圈部20没有利用电机等的物理性移动且根据电气性信号激活具有相互不同大小的光透射区域22进而可执行光圈功能。参照图3，可根据TSV110的纵横比可改变数字可变光圈部20，以使数字可变光圈部20具有f/1.4、f/2、f/2.8、f/4等多种光圈数值(光透射区域的直径)。
并且，不仅可由上述标准化的光圈数值来改变数字可变光圈部20，也可由未标准化的光圈比例来改变数字可变光圈部20。例如，可由诸如f/1.6、f/2.1、f/4.4等未标准化的光圈比例来改变数字可变光圈部20。现有的机械式光圈的情况，其构成为只由提前设定的光圈比例来改变光圈，因此存在很难进行精密地控制的问题，并且对应于各种纵横比很难具有最优选的光圈比例。但是，根据本发明，也可由未标准化的光圈比例来改变数字可变光圈部20，因此对应于各种纵横比数字可变光圈部20可具有最优选的光圈比例。
同时，在本发明的实施例中举例说明了光圈形状(光透射区域的形状)形成圆形的示例，但是根据情况光透射区域可形成诸如四角形的多角形或其他几何学形状。
以供参考，从光源10照射的光可通过在LCD激活的光透射区域22，但是可在LCD中除了光透射区域22的剩余遮蔽区域遮蔽光。在这里，被激活的光透射区域22可理解为在LCD未示出任何颜色而是可直接通过其白色光的区域。遮蔽区域可理解为在LCD显示诸如黑色的遮光颜色以使光无法通过的区域。
参照图2，所述分束器(BeamSplitter)50设置为入射通过数字可变光圈部20的光，并将其光以垂直的第一方向与第二方向分割并输出，并且结合第一反射光及第二反射光的结合光来输出其结合光，其中，从配置在第一方向的测量对象物100反射第一反射光，从配置在第二方向的镜面70反射第二反射光。
以供参考，在本发明的实施例中，在数字可变光圈部20与分束器50之间提供辅助分束器30，并且举例说明根据辅助分速器30使通过数字可变光圈部20的光转换至测量对象物100侧而构成的示例。
所述测量目标物100配置在上述的第一方向，镜面(mirror)70配置在上述的第二方向，由分束器50分割的输出光入射测量对象物100及镜面70之后，可重新反射到分束器50。以供参考，在本发明的实施例中举例说明了在第一方向配置测量对象物100并在第二方向配置镜面70的示例，但是根据情况也可构成为在第一方向配置镜面并在第二方向配置测量对象物。
并且，可在数字可变光圈部20与分束器50之间及分速器50与待后述的检测部90之间中的至少一处提供光学系。同时，可根据数字可变光圈部20的口径(光透射区域)的大小适当地调节光学系的开口数(N.A；Numericalaperture，数值口径)。在以下，将举例说明在数字可变光圈部20与分束器50之间提供第一光学系40，并且在分束器50与待后述的检测部90之间提供第二光学系80的示例。
为了将光集束于一部位，可组合通常的光学零部件等来构成第一光学系40及第二光学系80，并且本发明并不被光学系构造及特性限制或限定。
并且，在通过数字可变光圈部20的光的路径上可提供准直(collimating)透镜及诸如光学滤波器的各种光学部件，其中准直透镜是用于维持及改变通过数字可变光圈部20的光的特性。本发明并不被光学部件的种类及特性限制或限定。
所述检测部90是为了利用从分速器50引导出的结合光来测量TSV110而提供的，作为检测部90可使用通常的CCD摄像机，并且根据要求的条件及设置规格也可使用其他检测装置。
在检测部90，输入从镜面70及测量对象物100反射并经由分速器50而结合的结合光来形成干涉信号，并且通过固定的分析手段分析从检测部90获取的干涉信号，以干涉信号为基础测量TSV110。
并且，根据本发明的TSV110测量装置被提供在被分束器50分割并入射到镜面70的光的路径上，并且可包括用于选择性地调节入射到镜面的光的光量的光量调节部60。
为了产生根据第一反射光(样本光)及第二反射光(基准光)的理想的干涉信号，第一反射光的光量与第二反射光的光量应该能够维持大致类似的水准，其中，第一反射光为从测量对象物100反射的光(样本光)，第二反射光为从镜面70反射的光(基准光)。光量调节部60能够使第一反射光与第二反射光的光量维持大致类似的水准，进而能够产生理想的干涉信号。
即，参照图6由于从测量对象物反射第一反射光(样本光)，因此相比于第二反射光(基准光)急剧减少了其反射率，据此产生第一反射光的光量显著地小于第二反射光的光量的现象。但是，在如上所述的第一反射光的光量显著地小于第二反射光的光量的情况下(第一反射光＜第二反射光)，存在很难明确地区分由第一反射光及第二反射光加强干涉及削弱干涉的信号的问题。
相反，如图7所示在第一反射光(样本光)的光量与第二反射光(基准光)的光量维持大致类似的水准的情况下，可明确地区分由第一反射光及第二反射光加强干涉及削弱干涉的信号。
如上所述，光量调节部60使第一反射光与第二反射光的光量维持大致类似的水准，进而可产生理想的干涉信号。优选为，光量调节部60根据上述的TSV110的纵横比可调节入射镜面70的光的光量。
即，根据TSV110的纵横比可改变上述的光透射区域22的直径(通孔数值)，由于可比例于光透射区域22的直径的大小来改变第一反射光的光量，因此光量调节部60优选为根据TSV110的纵横比调节入射镜面70的光的光量。如果，参照图4光量调节部60根据TSV110的纵横比可减少以固定比例(100：80、100：60、100：40)入射镜面70的光(在分束器被分割而入射到镜面的光)的光量。
如上所述，光量调节部60根据TSV110的纵横比调节入射镜面70的光的光量，并且可由以下的数学式【1】计算从测量目标物100反射的第一反射光。
数学式【1】
同时，光量调节部700使入射镜面70的光的光量具有如数学式1计算出的第一反射光的光量的0.5～2倍的倍率地进行调节。
以供参照，在数学式1中可由图5图示的数学式计算在数学式1中的在最初物镜(第一光学系)透射的光的量、样本(测量对象物)的反射率及入射物镜(第一光学系)入射的光的量。
以供参考，在本发明的实施例中举例说明了使只在分束器输出的光通过光量调节部时调节光量而构成的示例，但是也可构成为根据情况在分束器输出的光通过光量调节部的同时首次调节光量之后，从镜面反射重新通过光量调节部时第二次调节光量。
作为光量调节部60可使用能够调节入射镜面70的光的光量的各种光量调节手段，并且不得由光量调节部60的种类及特性来限制本发明。由一示例，可利用LCD(LiquidCrystalDisplay)来提供光量调节部60。同时，利用LCD的光量调节部60调节施加于LCD的电压或关闭特定像素，进而可调节通过光量调节部60的光的光量。根据情况，可利用其它方法调节通过LCD的光的光量来构成光量调节部60。不同的是可利用能够减少光量的功能性滤波器(例如，NDfilter，ND滤镜)等构成光量调节部，并且也可利用其他光学部件来构成光量调节部60。
另外，根据本发明的用于测量在测量对象物100形成的TSV110的TSV测量方法，包括：从光源10照射光的步骤；利用数字可变光圈20，根据TSV110的纵横比(aspectratio)调节从光源10照射的光的照射面积的步骤；以相互垂直的第一方向与第二方向分割并输出通过数字可变光圈部20的光，并结合第一反射光及第二反射光来输出其结合光的步骤，其中，从配置在第一方向的测量对象物100反射第一反射光，从配置在第二方向的镜面70反射第二反射光；及利用结合光测量TSV110的步骤。数字可变光圈部20可执行无物理性移动且对应于TSV110的纵横比具有相互不同口径的光圈功能。
首先，若由光源10照射光，则数字可变光圈部20根据TSV110的纵横比(aspectratio)调节从光源10照射的光的照射面积。如上所述，数字可变光圈部20可执行无物理性移动且对应于TSV110的纵横比地具有相互不同口径的光圈功能。
之后，通过数字可变光圈部20的光以相互垂直的第一方向与第二方向被分束器50分割并输出，并且第一反射光及第二反射光重新在分束器50结合并输出其结合光，其中，第一反射光为从配置在第一方向的测量对象物100反射的光，第二反射光为从配置在第二方向的镜面70反射的光。
之后，检测部90利用在分束器50输出的结合光来测量TSV110。
另外，根据本发明，可连续测量测量对象物100的表面及TSV110。
参照图8，在测量测量对象物100的表面的基准高度时，以第一设置条件(S1)设置数字可变光圈20，在测量TSV110时，以第二设置条件(S2)设置数字可变光圈部20来进行测量。由一示例，在第一设置条件(S1)中，数字可变光圈部20无单独的遮蔽区域可将数字可变光圈20的全部区域设定为光透射区域22，在第二设置条件中对应于特定TSV110的纵横比可在数字可变光圈部20设定光透射区域22的大小。
同时，在测量TSV110时，在将入射光的焦点校准于TSV110的底面之前(在最初扫描TSV110的途中)，由于可设定数字可变光圈20为具有对应于TSV110的纵横比的光圈特性(光透射区域22的大小)，因此无需用于改变设定数字可变光圈部20的另外的待机时间，而是可连续测量TSV110。如果，在TSV110的深度为100μm的情况下，向TSV110内部入射的入射光的焦点到达相当于大致20μm～60μm深度的地域的情况，可将数字可变光圈部20设定为具有提前对应于TSV110的纵横比的光圈特性。
如上所述，参照本发明的优选实施例进行了说明，但是只要在该技术领域熟练的技术人员可理解为在未超出在权利要求书记载的本发明的思想及区域的范围内，可多样地修改及改变本发明。
(产业利用可能性)
本发明可被利用于适用数字可变光圈的干涉仪测量诸如TSV的通孔的TSV测量装置及测量方法。

Claims (10)

1.一种TSV测量装置，根据用于测量形成在测量对象物的TSV的TSV测量装置，其特征在于，包括：
光源；
数字可变光圈部，被提供于从所述光源照射的光的路径上，并且根据所述TSV的纵横比调节从所述光源照射的光的照射面积；
分束器，以相互垂直的第一方向与第二方向分割并输出通过所述数字可变光圈部的光，并且结合第一反射光及第二反射光来输出其结合光，其中所述第一反射光为从配置在所述第一方向的所述测量对象物反射的光，第二反射光为从配置在所述第二方向的镜面反射的光；及
检测部，利用从所述分束器引导出的所述结合光来测量所述TSV，
其中，所述数字可变光圈部无物理性的移动且对应于TSV的纵横比来选择性地具有相互不同的口径大小的执行光圈功能。
2.根据权利要求1所述的TSV测量装置，其特征在于，
利用LCD提供所述数字可变光圈部。
3.根据权利要求1所述的TSV测量装置，其特征在于，还包括：
光量调节部，被提供于在所述分束器分割而入射到所述镜面的光的路径上，并且选择性地调节入射所述镜面的光的光量。
4.根据权利要求3所述的TSV测量装置，其特征在于，
所述光量调节部根据所述TSV的纵横比调节入射所述镜面的光的光量，
由数学式【1】来计算从所述测量对象物反射的所述第一反射光，
数学式【1】
所述光量调节部调节入射到所述镜面的光的光量，以使其具有所述第一反射光的光量的0.5～2倍的倍率。
5.根据权利要求3所述的TSV测量装置，其特征在于，
利用LCD来提供所述光量调节部。
6.根据权利要求1所述的TSV测量装置，其特征在于，还包括：
光学系，在所述数字可变光圈部与所述分束器之间及所述分束器与所述检测部之间中的至少一处提供所述光学系。
7.一种TSV测量方法，根据用于测量形成在测量对象物的TSV的TSV测量方法，其特征在于，包括：
从光源照射光的步骤；
利用数字可变光圈部，根据所述TSV的纵横比调节从所述光源照射的光的照射面积的步骤；
以相互垂直的第一方向与第二方向分割并输出通过所述数字可变光圈部的光，并结合第一反射光及第二反射光来输出其结合光的步骤，其中第一反射光为从配置在第一方向的所述测量对象物反射的光，第二反射光为从配置在第二方向的镜面反射的光；及
利用所述结合光来测量所述TSV的步骤，
其中，所述数字可变光圈部对应于TSV的纵横比，执行无物理性移动且具有相互不同的口径大小的光圈功能。
8.根据权利要求7所述的TSV测量方法，其特征在于，还包括：
利用光量调节部调节入射到所述镜面的光的光量的步骤。
9.根据权利要求8所述的TSV测量方法，其特征在于，
所述光量调节部根据所述TSV的纵横比调节入射所述镜面的光的光量，
由数学式【1】来计算从所述测量对象物反射的所述第一反射光，
数学式【1】
所述光量调节部调节入射到所述镜面的光的光量，以使其具有所述第一反射光的光量的0.5～2倍的倍率。
10.根据权利要求8所述的TSV测量方法，其特征在于，
利用LCD提供所述数字可变光圈部及所述光量调节部中的至少一种。
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