CN107003112A - 用于半导体检验及计量的线扫描刀口高度传感器 - Google Patents

用于半导体检验及计量的线扫描刀口高度传感器 Download PDF

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Abstract

此半导体检验及计量系统包含经配置以接收从晶片反射的光的刀口镜。所述刀口镜定位于所述从所述晶片反射的光的焦点处，使得所述刀口镜上的反射膜经配置以阻挡所述从所述晶片反射的光中的至少一些光。当所述从所述晶片反射的光欠焦或过焦时，受阻挡的光部分会改变。至少一个传感器接收所述从所述晶片反射的光。可使用来自所述至少一个传感器的读数来确定所述光是欠焦还是过焦。所述晶片的表面上的被照射区的高度可使用来自所述至少一个传感器的此读数而确定。

Description

用于半导体检验及计量的线扫描刀口高度传感器
相关申请案的交叉参考
本申请案主张2014年12月17日提出申请的且指派为第62/092,836号美国申请案的临时专利申请案的优先权，所述申请案的揭示内容特此以引用的方式并入。
技术领域
本发明涉及半导体晶片检验及计量。
背景技术
半导体工业需要用于硅晶片的三维(“3D”)检验及/或计量过程。举例来说，此检验可用于测试穿硅通孔(“TSV”)及凸块结构或颗粒形状(例如，大小及高度)。用于检验或计量的典型技术包含：(1)三角测量；(2)几何阴影；(3)各种共聚焦显微镜技术；及(4)白光(或宽带光)干涉测量。三角测量及几何阴影技术对于现代后段工艺(“BEOL”)应用不够精确。共聚焦显微术及干涉测量技术通常无法满足吞吐量要求。
白光干涉测量已知为用于3D检验及计量的高分辨率方法且已用于半导体工业中。市场上存在两种类型的此类装置：(1)扫描式白光干涉仪(“SWI”)；及(2)光谱白光干涉仪。在SWI装置中，样本(例如，受检验的晶片)或检验光学器件沿着垂直于晶片表面的方向(例如，z方向)扫描达一距离。采用特定z值处的多个帧来确定晶片表面上的特定x-y位置的高度测量。此类SWI装置是稳健的，但通常较慢。此外，此技术需要在进行测量之前将样本移动到视场并使样本保持稳定，此也限制速度。同样地，当前光谱白光干涉仪的吞吐量对于半导体工业也是慢的。
在半导体检验及计量过程中，对光学探针(OP)使用自动聚焦机制。在此技术中，使用斩波器来测试焦点是位于预设位置上、预设位置前还是预设位置后。光通过斩波器到达双单元光电检测器。双单元光电检测器及斩波器与锁定放大器以电子方式连接。当光聚焦时，来自斩波器的参考信号与来自双单元光电检测器的两个通道的信号之间存在零相移。如果光欠焦或过焦，那么相对于参考信号，分别将一单元的相位负向或正向移位，且将另一单元的相位沿相反方向移位。在100x的物镜下，此方法可进行检测及伺服循环以控制比20nm更好的焦距。然而，斩波器技术的吞吐量较慢。
在目标结构高度缩小到低于10μm时，现有三角测量及几何阴影技术通常不提供3D检验所需的准确性及精确度。共聚焦及干涉测量方法通常不提供3D检验所需的吞吐量或者太贵。因此，需要一种可提供较好准确性、成本及吞吐量的检验及计量技术。
发明内容
在第一实施例中，提供一种系统。所述系统包含：光源，其经配置以提供光；载台，其经配置以固持晶片以接收来自所述光源的所述光；刀口镜；及传感器，其经配置以接收所述从所述晶片反射的光。所述刀口镜经配置以接收从所述晶片反射的光。所述刀口镜包含反射膜及抗反射膜，所述反射膜及抗反射膜两者均安置在所述刀口镜上，由此在所述反射膜与所述抗反射膜之间形成边界。所述刀口镜定位于所述从所述晶片反射的光的焦点处，使得所述反射膜经配置以阻挡所述从所述晶片反射的光中的至少一些光。所述刀口镜经配置使得所述光被所述刀口镜阻挡的部分在所述从所述晶片反射的光欠焦或过焦时是不同的。所述传感器检测所述从所述晶片反射的光是欠焦还是过焦。
所述系统可包含物镜，所述物镜经配置以用来自所述光源的光照射所述晶片且组合从所述晶片反射的光。
所述系统可包含与所述传感器进行电通信的处理器。所述处理器可经配置以确定所述晶片的表面上的被照射区相对于所述晶片的法面的高度。
所述传感器可包含两个光电二极管。在所述从所述晶片反射的光欠焦或过焦时，所述两个光电二极管可接收不同量的所述从所述晶片反射的光。
所述传感器可包含双单元光电二极管及棱镜，所述棱镜经配置以将两半的所述从所述晶片反射的光折射到所述双单元光电二极管上。
所述系统可包含衍射光学器件，所述衍射光学器件经配置以将所述光塑形为线而投射到所述晶片上。所述传感器可包含光电二极管阵列。
所述刀口镜可相对于所述从所述晶片反射的光以非垂直角度定位。所述传感器可包含两个光电二极管。所述系统可进一步包含经配置以接收由所述刀口镜反射的所述从所述晶片反射的光的第二传感器。所述第二传感器可包含两个光电二极管。
所述刀口镜可相对于所述从所述晶片反射的光以非垂直角度定位。所述传感器可包含双单元光电二极管。所述系统可进一步包含经配置以接收由所述刀口镜反射的所述从所述晶片反射的光的第二传感器。所述第二传感器可包含第二双单元光电二极管。
所述刀口镜可相对于所述从所述晶片反射的光以非垂直角度定位。所述传感器可包含双单元光电二极管。所述系统可进一步包含：衍射光学器件，其经配置以将所述光塑形为线而投射到所述晶片上；棱镜，其经配置以将两半的所述从所述晶片反射的光折射到所述双单元光电二极管上；第二传感器，其经配置以接收由所述刀口镜反射的所述从所述晶片反射的光；及第二棱镜，其经配置以将由所述刀口镜反射的两半的所述从所述晶片反射的光折射到所述第二双单元光电二极管上。所述第二传感器可包含第二双单元光电二极管。
所述刀口镜可相对于所述从所述晶片反射的光以非垂直角度定位。所述第二传感器可包含两个光电二极管阵列。所述系统可进一步包含：衍射光学器件，其经配置以将所述光塑形为线而投射到所述晶片上；及第二传感器，其经配置以接收由所述刀口镜反射的所述从所述晶片反射的光。所述第二传感器可包含两个光电二极管阵列。
所述载台可经配置以使所述晶片相对于来自所述光源的所述光被扫描。
在第二实施例中，提供一种方法。所述方法包含使光从晶片的表面反射；使所述光通过刀口镜；用至少一个传感器接收来自所述刀口镜的光；及使用来自所述至少一个传感器的读数来确定所述光是欠焦还是过焦。所述刀口镜包含反射膜及抗反射膜，所述反射膜及抗反射膜两者均安置在所述刀口镜上，由此在所述反射膜与所述抗反射膜之间形成边界。所述刀口镜定位于所述从所述晶片反射的光的焦点处，使得所述反射膜经配置以阻挡所述从所述晶片反射的光中的至少一些光且使得所述光被所述刀口镜阻挡的部分在所述从所述晶片反射的光欠焦或过焦时是不同的。
所述方法可进一步包含确定所述晶片的表面上的被照射区相对于所述晶片的法面的高度。所述方法可进一步包含确定所述晶片上存在缺陷。
可相对于所述光扫描所述晶片。
所述方法可进一步包含：将来自所述刀口镜的所述光分裂成两个量；及确定所述量是否相等。
可将投射到所述晶片上的所述光所述塑形为线。
可将所述光的一部分从所述刀口镜反射到第二传感器。可使用来自所述第二传感器的读数来确定所述光是欠焦还是过焦。所述方法还可进一步包含：将从所述刀口镜反射的所述光分裂成两个量；及确定所述量是否相等。
附图说明
为更全面理解本发明的本质及目的，应参考结合附图做出的以下详细说明，附图中：
图1是根据本发明的使用两个光电二极管的实施例；
图2到4分别表示在光聚焦、欠焦及过焦时图1的光电二极管的读数；
图5是根据本发明的实施例的通过刀口镜的光的示意图；
图6是根据本发明的使用双单元光电二极管的实施例；
图7到9分别表示在光聚焦、欠焦及过焦时图6的双单元光电二极管的读数；
图10是根据本发明的使用光电二极管阵列的实施例；
图11到13分别表示在光聚焦、欠焦及过焦时图10的光电二极管阵列的读数；
图14是根据本发明的实施例的通过刀口镜的光的另一示意图；
图15是根据本发明的使用四个光电二极管的实施例；
图16到18分别表示在光聚焦、欠焦及过焦时图15的光电二极管的读数；
图19是根据本发明的使用两个双单元光电二极管的实施例；
图20到22分别表示在光聚焦、欠焦及过焦时图19的双单元光电二极管的读数；
图23是根据本发明的使用四个光电二极管阵列的实施例；
图24到26分别表示在光聚焦、欠焦及过焦时图23的光电二极管阵列的读数；
图27是根据本发明的使用两个光电二极管阵列的实施例；
图28到30分别表示在光聚焦、欠焦及过焦时图27的光电二极管阵列的读数；
图31是根据本发明的使用两个光电二极管阵列的另一实施例；
图32是表示重塑光电二极管阵列中的图像的示意图；
图33到35分别表示在光聚焦、欠焦及过焦时图31的光电二极管阵列的读数；且
图36是根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
尽管将依据某些实施例描述所主张标的物，但包含不提供本文中所陈述的全部优点及特征的实施例的其它实施例也在本发明的范围内。可在不背离本发明的范围的情况下做出各种结构、逻辑、过程步骤及电子改变。因此，本发明的范围仅参考所附权利要求书来界定。
本文中所揭示的系统及方法的实施例相对于焦点移位使用相移特性来改进吞吐量。刀口镜(KEM)用于确定光是聚焦、欠焦还是过焦。尽管可使用较多信号，但每x-y点仅需要2到4个信号来确定晶片上的反射点的高度。此设计与现有技术相比更稳健且成本更低，且可比白光干涉测量更快。尤其对于3D检验及计量，本文中所揭示的系统及方法的实施例与现有技术相比提供更好吞吐量、成本及准确性。举例来说，在使用线扫描方案时，与斩波器技术相比，吞吐量可增大若干数量级。
图1是使用两个光电二极管115、116的实施例。系统100具有光源101，光源101经配置以提供具有一波长光谱范围的光102。在一些实施例中，光源101可经配置以提供白光(即，可见光谱中的宽带光)或者部分地或完全地在可见光谱外的光。在示范性实施例中，光源101所提供的光102包含从400nm到800nm的波长(λ)。
可使用激光光源用于光源101，此与光谱方法(例如，白光干涉测量及彩色共聚焦显微术)相比可提供更高亮度。激光光源(例如，二极管激光器)使光源的寿命、稳定性及热控制得以改进。举例来说，光源101可为可见二极管激光器。
光102朝向光源针孔103及分束器104投射，分束器104将光102分裂成两个量，如图1中可见。接着，光102投射穿过物镜105，物镜105可为高倍放大物镜。光102中的某些或全部光通过物镜105到达样本在照射点107处的至少一部分上。举例来说，样本可为晶片106。光102在照射点107处的光点大小可受衍射限制。
晶片106安置在载台117上，载台117经配置以定位晶片106以接收光102。载台117可为固定的或可沿x方向、y方向及/或z方向被扫描。在一例子中，晶片106可(例如)通过机械及/或静电夹持而夹持到载台117。举例来说，载台117可沿垂直于光102或物镜105的轴线的平面(例如，x-y平面)平移晶片106。
来自晶片106的所反射光108投射穿过物镜105及KEM 109。KEM 109包含安置在KEM109上的反射膜110及抗反射膜111。反射膜110与抗反射膜111之间存在边界。举例来说，一半KEM 109可涂覆有抗反射膜111且一半KEM 109可涂覆有反射膜110。反射膜110与抗反射膜111的边界是直线且在傅科测试中可用作刀口。
在晶片106的表面处于其法向z位置时，KEM 109的反射膜110与抗反射膜111之间的边界在所反射光108的焦点处对准、位于聚焦光点中间。如在傅科测试中，在所反射光108通过KEM 109时，KEM 109提供均匀透射的光束。这在光电二极管115、116两者处提供平衡信号。
所反射光108相对于KEM 109的焦点118可较佳地见于图1的插图中。当KEM 109的反射膜110与抗反射膜111的边界位于焦点118(艾里斑)中间时，反射膜110以如下方式剪修所反射光108：所透射光束跨越光束具有均匀强度分布。
通过KEM 109的所反射光108被具有高反射涂层的棱镜112在两侧分裂成两个量，且每一组分的光束穿过任选透镜113、114中的一者投射到光电二极管115、116中的一者。理想地，在需要时，棱镜112经由中继透镜放置在光瞳平面处。透镜113、114在此实施例中并非必需的，且所反射光108可从棱镜112直接投射到光电二极管115、116中的一者。光电二极管115、116在光电子效率、时间响应及电子放大增益方面可提供相同性能。
图2到4分别表示在光聚焦、欠焦及过焦时图1的光电二极管115、116的读数。光102在照射点107处照射晶片106。如果KEM 109位于所反射光108的焦点处，那么从KEM 109射出的光束是均匀的，且接着，两个光电二极管115、116将提供平衡信号，如图2中所见。然而，晶片106上的照射点107可跨越晶片106的表面而变化或以其它方式处于不同高度。举例来说，晶片106上或晶片106中可存在凸块、刮痕、未填充通孔或缺陷。此改变所反射光108相对于KEM 109的焦点。
如果晶片的表面的高度相对于z方向上的法向设定增加，那么所反射光108的焦点超过KEM 109，此使所反射光108欠焦，如图3中可见。在此例子中，两个光电二极管115、116将提供不平衡信号，这是因为KEM 109起阻挡作用，从而使较多光射出到光电二极管116且使较少光射出到光电二极管115。因此从KEM 109射出的光束是不均匀的。
如果晶片的表面的高度相对于z方向上的法向设定降低，那么所反射光108的焦点在KEM 109前面，此使所反射光108过焦，如图4中可见。在此例子中，两个光电二极管115、116将遵从相同机制以与图3中的欠焦实例相反的方式提供不平衡信号。
系统100可根据两个光电二极管115、116的信号辨别晶片106上的所检测特征是高于还是低于晶片106的法面。可使用光电二极管115、116中的哪一者接收较多或较少光来确定所反射光108是欠焦还是过焦。因此，如果光电二极管115、116不接收相等量的所反射光108，那么可确定晶片106上的所检测特征高于或低于晶片106的法面。
图5是基于照射点的通过KEM 109的光的示意图。反射膜110(R＝1)经配置以通过将边界放置为穿过艾里斑的中间而阻挡来自晶片的约一半的所反射光108，不管所反射光108是聚焦、欠焦还是过焦。仅有差异是在所反射光108聚焦、欠焦或过焦时强度均匀性改变。抗反射膜111(T＝1)经配置以允许所反射光108的一部分通过。在实例中，图5中的由所反射光108(以虚线展示)的光束光点形成的艾里斑的一半将被反射膜110阻挡。
图6是使用双单元光电二极管203的实施例。双单元光电二极管(例如，双单元光电二极管203)具有可测量光束的均匀性的两个作用光电二极管区域。在系统200中，棱镜201将两半的所反射光108折射到双单元光电二极管203上。此可通过任选透镜202而进行。当晶片106聚焦时，双单元光电二极管203将是平衡的。
图7到9分别表示在光聚焦、欠焦及过焦时图6的双单元光电二极管203的读数。晶片106的表面上的高度差使所反射光108的焦点改变。如果KEM 109位于所反射光108的焦点处，那么双单元光电二极管203将提供平衡信号，这是因为从KEM 109射出的光束是均匀的，如图7中可见。如果晶片的表面的高度相对于z方向上的法向设定增加，那么所反射光108的焦点超过KEM 109，此使所反射光108欠焦，如图8中可见。如果晶片的表面的高度相对于z方向上的法向设定降低，那么所反射光108的焦点在KEM 109前面，此使所反射光108过焦，如图9中可见。系统200可根据双单元光电二极管203的信号辨别晶片106上的所检测特征是高于还是低于晶片106的法面。
图10是使用光电二极管阵列(PDA)303的实施例。系统300使用光源狭缝304来将光102塑形为线而非点。此光源狭缝304可具有基本上大于第二维度(例如，光源狭缝304的“宽度”，此可为z方向)的第一维度(例如，光源狭缝304的“长度”，此可为y方向)。在某些示范性实施例中，光源狭缝304的长度可为1mm到5mm。举例来说，在实施例中，光源狭缝304的长度为3mm。其它长度是可能的。光源狭缝304的宽度通常是充分小的，使得光源狭缝304可被视为是一维的。举例来说，光源狭缝304的宽度可类似于传统干涉仪中的点光束的直径。举例来说，在一些实施例中，光源狭缝304的大小可为5μm到30μm。
还可包含衍射光学器件(未图解说明)以在光102入射于分束器104或光源狭缝304之前将光102塑形为线而非点。照射线305入射于晶片106上。KEM 109经对准使得其边缘平行于所反射光108的线。KEM 109的边界经对准以阻挡照射线305的经成像线的一半，不管晶片106是聚焦、欠焦还是过焦。然而，当晶片106聚焦时，线在光瞳平面上的强度分布将是均匀的。照射线305的光点大小可受衍射限制。
棱镜301将两半的所反射光108通过透镜302折射到PDA 303上。可需要透镜302以提供晶片106上沿着照射线305的空间分辨率。PDA(例如，PDA 303)具有可检测光束的多个区域的阵列。当晶片106聚焦时，PDA 303将是平衡的。如果晶片106在照射线305上的点相对于晶片106的法面具有不同高度，那么对应于所述点的焦点将移位，从而在PDA303上的对应像素处产生不平衡信号。所述高度可基于来自PDA 303中的两个或两个以上光电二极管的不平衡强度从来自PDA 303的信号提取(例如，以像素到像素方式)。PDA303可为(举例来说)并排对准的两个传统PDA或具有2×n个像素的另一类型的PDA(例如，具有2行的PDA)。PDA303中的像素的数目可变化。
图11到13分别表示在光聚焦、欠焦及过焦时图10的PDA 303的读数。晶片106的表面上的高度差使所反射光108的焦点改变。如果所反射光108的焦点位于KEM 109处，那么PDA 303将提供平衡信号，如图11中可见。如果晶片的表面的高度相对于z方向上的法向设定增加，那么所反射光108的焦点超过KEM 109，此使所反射光108欠焦，如图12中可见。如果晶片的表面的高度相对于z方向上的法向设定降低，那么所反射光108的焦点在KEM 109前面，此使所反射光108过焦，如图13中可见。系统300可根据PDA 303的信号辨别晶片106上的所检测特征是高于还是低于晶片106的法面。
图14是基于照射线的通过KEM 109的光的另一示意图，其可使用与图5相同的机制。反射膜110(R＝1)经配置以阻挡来自晶片的一半所反射光108(以虚线展示)，不管所反射光108是聚焦、欠焦还是过焦。抗反射膜111(T＝1)经配置以允许所反射光108的其余部分通过。当光束聚焦时，聚焦光点具有有限大小(艾里斑)而非无限小的几何点。KEM 109的边界始终使一半光束反射且使一半光束透射。当焦点改变时，仅有差异是：在光束从KEM 109射出时，均匀性会改变。
图15是使用四个光电二极管115、116、404、405的实施例。在系统400中，KEM 109以一角度倾斜，使得从R＝1范围(即，从反射膜110)射出的光束部分通过棱镜401及任选透镜402、403中的一者而递送到光电二极管404、405。KEM 109可倾斜为相对于所反射光108(例如，所反射光108的轴线)处于非垂直角度。透镜402、403并非必需的，且所反射光108可从棱镜401直接投射到光电二极管404、405中的一者。光电二极管404、405的信号提供可用于改进准确性及精确度的冗余及补充测量。举例来说，光电二极管115、116、404、405可提供多个测量，使得最终结果可为所述多个测量的平均值。因此，在存在系统性误差的情况下，可将系统性误差分成对称及不对称部分，且所述不对称部分可在最终计算中得出平均值。
图16到18分别表示在光聚焦、欠焦及过焦时图15的光电二极管115、116、404、405的读数。晶片106的表面上的高度差使所反射光108的焦点改变。如果所反射光108的焦点位于KEM 109处，那么光电二极管115、116、404、405将提供平衡信号，如图16中可见。如果晶片的表面的高度相对于z方向上的法向设定增加，那么所反射光108的焦点超过KEM 109，此使所反射光108欠焦，如图17中可见。如果晶片的表面的高度相对于z方向上的法向设定降低，那么所反射光108的焦点在KEM 109前面，此使所反射光108过焦，如图18中可见。系统400可根据光电二极管115、116、404、405的信号辨别晶片106上的所检测特征是高于还是低于晶片106的法面。
图19是使用两个双单元光电二极管203、503的实施例。在系统500中，KEM 109经倾斜使得从R＝1范围(即，从反射膜110)射出的光束部分被递送到棱镜501，棱镜501将两半的光束部分折射到双单元光电二极管503上。此可通过任选透镜502而进行。当晶片106聚焦时，双单元光电二极管503将是平衡的。双单元光电二极管203、503的信号提供可用于改进准确性及精确度的冗余及补充测量。
图20到22分别表示在光聚焦、欠焦及过焦时图19的双单元光电二极管203、503的读数。晶片106的表面上的高度差使所反射光108的焦点改变。如果所反射光108的焦点位于KEM 109处，那么双单元光电二极管203、503将提供平衡信号，如图20中可见。如果晶片的表面的高度相对于z方向上的法向设定增加，那么所反射光108的焦点超过KEM 109，此使所反射光108欠焦，如图21中可见。如果晶片的表面的高度相对于z方向上的法向设定降低，那么所反射光108的焦点在KEM 109前面，此使所反射光108过焦，如图22中可见。系统500可根据双单元光电二极管203、503的信号辨别晶片106上的所检测特征是高于还是低于晶片106的法面。
图23是使用四个PDA 604、605、609、610的实施例。系统600使用光源狭缝304来将光102塑形为线而非点。还可包含衍射光学器件(未图解说明)以在光102入射于分束器104或光源狭缝304上之前将光102塑形为线而非点。照射线305入射于晶片106上。KEM 109经对准使得其边缘平行于所反射光108的线。
棱镜601将两半的所反射光108折射到两个PDA 604、605上。透镜602、603定位于棱镜601与PDA 604、605之间以提供沿着照射线305的空间分辨率。当晶片106聚焦时，PDA604、605将是平衡的。如果晶片106在照射线305上的点相对于晶片106的法面具有不同高度，那么对应于所述点的焦点将移位，从而在PDA 604、605上的对应像素处产生不同平衡信号。来自PDA 604、605的信号可基于来自PDA 604、605中的每一者中的两个光电二极管的不平衡强度信号而提取(例如，以像素到像素方式)。
在系统600中，KEM 109经倾斜使得从R＝1范围(即，从反射膜110)射出的光束部分被递送到棱镜606，棱镜606将两半的光束部分折射到PDA 609、610上。透镜607、608提供沿着照射线305的空间分辨率。当晶片106聚焦时，PDA 609、610将是平衡的。PDA 609、610的信号提供可用于改进准确性及精确度的冗余及补充测量。
图24到26分别表示在光聚焦、欠焦及过焦时图23的PDA 604、605、609、610的读数。晶片106的表面上的高度差使所反射光108的焦点改变。如果所反射光108的焦点位于KEM109处，那么PDA 604、605、609、610将提供平衡信号，如图24中可见。如果晶片的表面的高度相对于z方向上的法向设定增加，那么所反射光108的焦点超过KEM 109，此使所反射光108欠焦，如图25中可见。如果晶片的表面的高度相对于z方向上的法向设定降低，那么所反射光108的焦点在KEM 109前面，此使所反射光108过焦，如图26中可见。系统600可根据PDA604、605、609、610的信号辨别晶片106上的所检测特征是高于还是低于晶片106的法面。
图27是使用两个PDA 303、703的实施例。在系统700中，KEM 109经倾斜使得从R＝1范围(即，从反射膜110)射出的光束部分被递送到棱镜701，棱镜701将两半的光束部分通过透镜702折射到PDA 703上以提供沿着照射线305的空间分辨率。当晶片106聚焦时，PDA 703将是平衡的。PDA 703的信号提供可用于改进准确性及精确度的冗余测量。
图28到30分别表示在光聚焦、欠焦及过焦时图27的PDA 303、703的读数。晶片106的表面上的高度差使所反射光108的焦点改变。如果所反射光108的焦点位于KEM 109处，那么PDA 303、703将提供平衡信号，如图28中可见。如果晶片的表面的高度相对于z方向上的法向设定增加，那么所反射光108的焦点超过KEM 109，此使所反射光108欠焦，如图29中可见。如果晶片的表面的高度相对于z方向上的法向设定降低，那么所反射光108的焦点在KEM109前面，此使所反射光108过焦，如图30中可见。系统700可根据PDA 303、703的信号辨别晶片106上的所检测特征是高于还是低于晶片106的法面。
图31是使用两个PDA 803、806的另一实施例。所反射光108被递送到棱镜801，棱镜801将两半的光束部分通过透镜802折射到PDA 803上以提供沿着照射线305的空间分辨率。当晶片106聚焦时，PDA 803将是平衡的。
在系统800中，KEM 109经倾斜使得从R＝1范围(即，从反射膜110)射出的光束部分被递送到棱镜804，棱镜804将两半的光束部分折射到PDA 806上。此可通过任选透镜805而进行。当晶片106聚焦时，PDA 806将是平衡的。PDA 806的信号提供可用于改进准确性及精确度的冗余及补充测量。
PDA 803、806可经配置如图32中的PDA 807。从KEM射出的线的图像可通过光束拼接技术进一步重塑，使得线图像的左右两半如图32中所展示而拼接。图像线的左右两半之间的差异可利用同一PDA 807同时检测。因此，两个PDA 808、809的动作可由单个PDA 807执行。此可提供较准确结果。
图33到35分别表示在光聚焦、欠焦及过焦时图31的PDA 803、806的读数。晶片106的表面上的高度差使所反射光108的焦点改变。如果所反射光108的焦点位于KEM 109处，那么PDA 803、806将提供平衡信号，如图33中可见。如果晶片的表面的高度相对于z方向上的法向设定增加，那么所反射光108的焦点超过KEM 109，这使所反射光108欠焦，如图34中可见。如果晶片的表面的高度相对于z方向上的法向设定降低，那么所反射光108的焦点在KEM109前面，这使所反射光108过焦，如图35中可见。系统800可根据PDA 803、806的信号辨别晶片106上的所检测特征是高于还是低于晶片106的法面。
图36是方法的流程图。在900中，使光从晶片(例如，晶片106)的表面反射。在901中，所反射光通过KEM。在902中，来自KEM的所反射光由至少一个传感器接收。在903中，使用来自所述至少一个传感器的读数来确定光是欠焦还是过焦。可使用关于欠焦或过焦的所得确定来确定晶片的表面的高度或者确定晶片的表面上是否存在缺陷。
本文中所揭示的传感器(例如，光电二极管、双单元光电二极管、PDA)中的一些或全部传感器可以电子方式连接到控制器。控制器可包含处理器、与处理器以电子方式通信的电子存储装置及与处理器以电子方式通信的通信端口。处理器可(例如)通过电子连接接收来自传感器的读数。使用来自传感器的读数，处理器可经配置以确定晶片表面的被照射区(例如，点或线)的高度或者确定晶片表面上或晶片表面中是否存在缺陷。
在本文中所揭示的实施例中，晶片可使用载台相对于光沿x方向及/或y方向被扫描。此可提供关于晶片的表面的一区域的表面形貌信息。举例来说，此区域可为分块图像、全晶片检验或凸块高度检验的所要点。
应注意，本文中所揭示的实施例可在不沿z方向进行扫描的情况下确定晶片的表面高度轮廓，但载台可能够沿z方向移动以用于其它目的。
可需要校准本文中所揭示的系统的实施例。校准可包含确定相对信号差(例如，像素差与像素和的比率)与已知高度差的关系。
可(例如)通过可实现选通的调制或脉冲而控制供给激光光源的电力。在一例子中，在本文中所揭示的实施例的操作期间，光学器件可保持稳定或以其它方式保持固定，且晶片可沿垂直于照射线的方向与PDA读出计时器同步移动。选通技术(例如，归因于对激光器进行调制及使激光器与PDA读出器同步的选通技术)可提供进一步空间改进，这是因为选通可减小由载台(例如，载台117)的运动所致的模糊状况。
本文中所揭示的系统的实施例可用于晶片的检验或计量。在半导体制造期间可使用晶片表面的高度或者使用晶片表面上或晶片表面是否存在缺陷作为反馈。
可优化本文中所揭示的系统的实施例的多个设计参数。举例来说，与景深有关的高度敏感性与物镜数值孔径(NA)的平方成反比。可调整相对高的NA，但许多应用需要大于0.25的NA。高NA物镜通常提供较小视场，此产生较高空间(x及y)分辨率及较慢操作。
尽管已关于一或多个特定实施例描述本发明，但将理解可在不背离本发明的范围的情况下做出本发明的其它实施例。因而，认为本发明仅受所附权利要求书及其合理解释限制。

Claims (20)

1.一种系统，其包括：
光源，其经配置以提供光；
载台，其经配置以固持晶片以接收来自所述光源的所述光；
刀口镜，其经配置以接收从所述晶片反射的光，其中所述刀口镜包含反射膜及抗反射膜，所述反射膜及抗反射膜两者均安置在所述刀口镜上，由此在所述反射膜与所述抗反射膜之间形成边界，其中所述刀口镜定位于所述从所述晶片反射的光的焦点处，使得所述反射膜经配置以阻挡所述从所述晶片反射的光中的至少一些光，且其中所述刀口镜经配置使得所述光被所述刀口镜阻挡的部分在所述从所述晶片反射的光欠焦或过焦时是不同的；及
传感器，其经配置以接收所述从所述晶片反射的光，其中所述传感器检测所述从所述晶片反射的光是欠焦还是过焦。
2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括物镜，所述物镜经配置以用来自所述光源的光照射所述晶片且组合从所述晶片反射的光。
3.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括与所述传感器进行电通信的处理器，其中所述处理器经配置以确定所述晶片的表面上的被照射区相对于所述晶片的法面的高度。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器包括两个光电二极管，其中在所述从所述晶片反射的光欠焦或过焦时，所述两个光电二极管接收不同量的所述从所述晶片反射的光。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器包括双单元光电二极管且所述系统进一步包括棱镜，所述棱镜经配置以将两半的所述从所述晶片反射的光折射到所述双单元光电二极管上。
6.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括衍射光学器件，所述衍射光学器件经配置以将所述光塑形为线而投射到所述晶片上，且其中所述传感器包括光电二极管阵列。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述刀口镜相对于所述从所述晶片反射的光以非垂直角度定位，其中所述传感器包括两个光电二极管，且所述系统进一步包括经配置以接收由所述刀口镜反射的所述从所述晶片反射的光的第二传感器，其中所述第二传感器包括两个光电二极管。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述刀口镜相对于所述从所述晶片反射的光以非垂直角度定位，其中所述传感器包括双单元光电二极管，且所述系统进一步包括经配置以接收由所述刀口镜反射的所述从所述晶片反射的光的第二传感器，其中所述第二传感器包括第二双单元光电二极管。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述刀口镜相对于所述从所述晶片反射的光以非垂直角度定位，其中所述传感器包括双单元光电二极管，且所述系统进一步包括：
衍射光学器件，其经配置以将所述光塑形为线而投射到所述晶片上；
棱镜，其经配置以将两半的所述从所述晶片反射的光折射到所述双单元光电二极管上；
第二传感器，其经配置以接收由所述刀口镜反射的所述从所述晶片反射的光，其中所述第二传感器包括第二双单元光电二极管；及
第二棱镜，其经配置以将由所述刀口镜反射的两半的所述从所述晶片反射的光折射到所述第二双单元光电二极管上。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述刀口镜相对于所述从所述晶片反射的光以非垂直角度定位，其中所述传感器包括两个光电二极管阵列，且所述系统进一步包括：
衍射光学器件，其经配置以将所述光塑形为线而投射到所述晶片上；及
第二传感器，其经配置以接收由所述刀口镜反射的所述从所述晶片反射的光，其中所述第二传感器包括两个光电二极管阵列。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述载台经配置以使所述晶片相对于来自所述光源的所述光被扫描。
12.一种方法，其包括：
使光从晶片的表面反射；
使所述光通过刀口镜，其中所述刀口镜包含反射膜及抗反射膜，所述反射膜及抗反射膜两者均安置在所述刀口镜上，由此在所述反射膜与所述抗反射膜之间形成边界，且其中所述刀口镜定位于所述从所述晶片反射的光的焦点处，使得所述反射膜经配置以阻挡所述从所述晶片反射的光中的至少一些光且使得所述光被所述刀口镜阻挡的部分在所述从所述晶片反射的光欠焦或过焦时是不同的；
用至少一个传感器接收来自所述刀口镜的光；及
使用来自所述至少一个传感器的读数来确定所述光是欠焦还是过焦。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括确定所述晶片的表面上的被照射区相对于所述晶片的法面的高度。
14.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括确定所述晶片上存在缺陷。
15.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括相对于所述光扫描所述晶片。
16.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：
将来自所述刀口镜的所述光分裂成两个量；及
确定所述量是否相等。
17.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括将投射到所述晶片上的所述光塑形为线。
18.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括将所述光的一部分从所述刀口镜反射到第二传感器。
19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括使用来自所述第二传感器的读数来确定所述光是欠焦还是过焦。
20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括：
将从所述刀口镜反射的所述光分裂成两个量；及
确定所述量是否相等。
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