CN110118737A - 检查包括光敏聚酰亚胺层的物体 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及但不限于检查包括光敏聚酰亚胺层的物体。一种用于确定被定位于光敏聚酰亚胺层上的物体的属性的方法，其中，光敏聚酰亚胺层被定位于作为辐射反射层的下层上，所述方法包括：通过照明单元用第一紫外线辐射来照射光敏聚酰亚胺层的区域；通过第一传感器感测从所述区域反射的第一反射紫外线辐射；以及通过处理器至少部分地基于第一反射紫外线辐射来确定物体的属性。

Description

检查包括光敏聚酰亚胺层的物体
交叉引用
本申请要求提交日期为2018年2月5日的序列号第62/626,174号美国临时专利的优先权。
背景
光敏聚酰亚胺(PSPI)层被定位于晶片的辐射反射层之上的应用有所增加。辐射反射层可以是硅层或另外的层。
对于物体的三维(3D)度量，诸如凸起(bump)高度的检查和度量，如图1所示，由于来自晶片的双重反射，PSPI层给自动光学检查(AOI)方法带来了新的挑战。
图1示出了被定位于晶片40上的凸起41，晶片40包括PSPI层42，PSPI层42位于作为辐射反射层的下层43之上。
凸起的高度是凸起的顶部的高度值和凸起的底部的高度值之间的差值。凸起的底部的高度值是PSPI层的上表面的高度值。
凸起的顶部的高度值可以(利用照明单元20)通过用辐射21照射凸起的顶部并(通过图像传感器10)收集从凸起的顶部反射的辐射31来进行确定。
当用辐射22照射PSPI层时，图像传感器接收(a)来自PSPI层的上表面的第一反射辐射32和(b)第二反射辐射33。第二反射辐射33是从底层43反射的。
第一反射辐射22由来自PSPI层的上表面的辐射22的第一部分的反射产生的。
辐射22的第二部分穿过PSPI层42，到达下层32，被下层43反射，(再次)穿过PSPI层，并且到达图像传感器。
第二反射辐射33引入高度误差。这阻止了以可靠且准确的方式确定凸起高度。
随着晶片级芯片封装段中的半导体工业趋向于2-3微米的较低轮廓的凸起，这个问题变得更加重要，且需要解决方案。
概述
可以提供一种非暂时性计算机可读介质，其可以存储用于通过照明单元用第一紫外线辐射照射光敏聚酰亚胺层的区域的指令；其中，物体可以被定位于光敏聚酰亚胺层上，其中，光敏聚酰亚胺层可以被定位于可以是辐射反射层的下层上；通过第一传感器感测从该区域反射的第一反射紫外线辐射；以及通过处理器至少部分地基于第一反射紫外线辐射来确定物体的属性。
可以提供一种自动光学检查系统，其可以包括第一照明单元、第一传感器和处理器；其中，该照明单元可以被配置成用第一紫外线辐射照射光敏聚酰亚胺层的区域；其中，物体可以被定位于光敏聚酰亚胺层上；其中，光敏聚酰亚胺层可以被定位于可以是辐射反射层的下层上；其中，该第一传感器可以被配置为感测从该区域反射的第一反射紫外线辐射；并且其中，该处理器可以被配置成至少部分地基于该第一反射紫外线辐射来确定该物体的属性。
可以提供一种用于确定被定位于光敏聚酰亚胺层上的物体的属性的方法，其中，光敏聚酰亚胺层可以被定位于可以是辐射反射层的下层上。该方法可以包括通过照明单元用第一紫外线辐射来照射光敏聚酰亚胺层的区域；通过第一传感器感测从该区域反射的第一反射紫外线辐射；以及通过处理器至少部分地基于第一反射紫外线辐射来确定物体的属性。
该方法可以包括用第二辐射来照射物体；感测可以从物体的不同于物体的底部的部分反射的第二反射辐射；并且其中，对物体的属性的确定也可以至少部分地基于第二反射辐射。
第二反射辐射可以从物体的顶部反射，并且其中，物体的属性可以是物体的高度。
第二辐射可以是可见光辐射。
第二辐射可以是紫外线辐射。
第一紫外线辐射的波长可以低于400纳米。
该方法可以包括确定是否用第一紫外线辐射来照射该区域；以及仅当确定用第一紫外线辐射来照射该区域时，用第一紫外线辐射来照射该区域。
在确定之前，可以用不同于第一紫外线辐射的第三辐射照射该区域；收集来自该区域的第三反射辐射；以及其中，确定是否用第一紫外线辐射来照射该区域可以至少部分地基于第三反射辐射。
该方法可以包括当第三反射辐射表现出模糊性(ambiguity)时，确定用第一紫外线辐射照射该区域。
第三辐射可以是可见光辐射。
用第一紫外线辐射照射该区域可以包括通过紫外线源发射第一紫外线辐射；通过光学收集器收集第一紫外线辐射，该光学收集器可以被光学耦合到至少一根光纤；通过该至少一根光纤并朝向至少一个光学元件传送第一紫外线辐射；以及，通过至少一个光学元件将第一紫外线辐射引导到该区域上。
光学收集器可以是径向对称的并且具有凹形。
光学收集器可以是中空的。
光学收集器可以是涂有反射要素(reflective element)的透明体。
至少一根光纤可以是光纤束。
至少一根光纤可以包括液芯。
第一照明单元可以被配置成用第二辐射照射物体；该第一传感器可以被配置为感测第二反射辐射，该第二反射辐射可以是从物体的不同于物体的底部的部分反射的；并且处理器可以被配置为也响应于第二反射辐射来确定物体的属性。
自动光学检查系统可以包括第二照明单元和第二传感器；第二照明单元可以被配置成用第二辐射照射物体；第二传感器可以被配置成感测可以是从物体的不同于物体的底部的部分反射的第二反射辐射；以及其中，该处理器可以被配置为也响应于第二反射辐射来确定物体的属性。
附图说明
根据以下结合附图的详细描述，将更全面地理解和认识本发明，在附图中：
图1示出了现有技术的来自PSPI层的反射；
图2示出了根据本发明的实施例的、所挑选的紫外光对于PSPI特性和相机灵敏度的响应；
图3示出根据本发明的实施例的系统；
图4示出根据本发明的实施例的系统的一部分；
图5示出根据本发明的实施例的关于双模式操作的方法；
图6示出了一种方法；
图7示出了一种方法；和
图8示出了高度测量的示例。
发明的详细描述
因为实现本发明的装置在很大程度上包括本领域技术人员已知的电子部件和电路，所以电路细节将不会比如上所述的必须考虑的那些在更大程度上进行解释，以便理解和领悟本发明的基本概念，以及以便不混淆或干扰本发明的教导。
说明书中对方法的任何引用应当加以必要修改地应用于能够执行该方法的系统，并且应当加以必要修改地应用于非暂时性计算机程序产品，该非暂时性计算机程序产品存储一旦由计算机执行就导致执行方法的指令。非暂时性计算机程序产品可以是芯片、存储单元、盘(disk)、光盘(compact disk)、非易失性存储器、易失性存储器、磁存储器、忆阻器、光储存单元等。
说明书中对系统的任何引用应当加以必要修改地应用于能够由系统执行的方法，并且应当加以必要修改地应用于非暂时性计算机程序产品，该非暂时性计算机程序产品存储一旦由计算机执行就导致执行方法的指令。
在说明书中对非暂时性计算机程序产品的任何引用应当加以必要修改地应用于能够在应用存储在非暂时性计算机程序产品中的指令时所执行的方法，并且应当加以必要修改地应用于能够执行存储在非暂时性计算机程序产品中的指令的系统。
术语“包括(comprising)”与“包括(including)”、“包含(containing)”或“具有(having)”同义(意思是它们相同)，并且是包含广阔的或开放式的，并且不排除另外的、未引用的元素或方法步骤。
术语“组成(consisting)”是封闭的(仅包括确切所述的内容)，且不包括任何另外的、未引用的元素或方法步骤。
术语“基本上由...组成(consisting essentially of)”将范围限制于指定的材料或步骤以及不会实质性影响基本的和新颖特征的那些材料或步骤。
在权利要求和说明书中，对术语“包括(comprising)”(或“包括(including)”或“包含”)的任何引用应当加以必要修改地应用于术语“组成”，并应当加以必要修改地应用于短语“基本上由...组成”。
在权利要求和说明书中，对术语“组成”的任何引用应当加以必要修改地应用于术语“包括(comprising)”，并应当加以必要修改地应用于短语“基本上由...组成”。
在权利要求和说明书中，对短语“基本上由...组成”的任何引用应当加以必要修改地应用于术语“包括(comprising)”，并应当加以必要修改地应用于术语“组成”。
在下面的说明书中，将参考本发明的实施例的具体示例来描述本发明。然而，显然，在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种修改和改变。
提供了一种系统和方法，其即使在物体具有PSPI层时也能使用特定波长的紫外光来实现对在参考表面上方的物体高度的高分辨率和高精度测量。
对于在PSPI层的顶部上进行物体3D度量的应用，可以通过使用紫外光，从而消除来自内部硅表面的第二反射，来获得高度测量的提高的精度。
此外，虽然用白光检查低轮廓凸起由于其(白光的)宽波长光谱而限制了区分和检测低轮廓物体的能力，但是使用窄带紫外光源，提供了短波长辐射并提供更高的高度测量分辨率。
由紫外光源生成的紫外光束可以具有相当大的能量，以便允许足够的SNR和/或足够数量的接收光子。
可以提供一种用于半导体晶片的3D度量的系统(例如参见图3)。该系统可以结合光学测量。系统60包括用于执行光学测量的紫外线照明源(表示为紫外光源62)。(光学测量可以是任何测量：干涉测量法、WLI-UV、紫外线范围内的消色差共焦(achromaticconfocal)、UV三角测量等)。
图3示出了双照明模式光学器件69，其包括白光源61、紫外光源62、第一透镜(透镜1)63、第二透镜(透镜2)65、分束器64、第三透镜(透镜3)66、相机67和处理器68。
来自白光源61的白光穿过第一透镜63，穿过分束器64，穿过第三透镜66，并且到达物体40上。来自物体40的反射白光被相机67感测，并且来自相机67的检测信号被处理器68感测。
来自紫外光源62的UV穿过第二透镜65，被分束器64反射，穿过第三透镜66并到达物体40上。来自物体40的反射紫外线被相机67感测，并且来自相机67的检测信号被处理器68感测。
应该注意的是，相机可以被多个传感器(诸如紫外线传感器和白光传感器)取代，尽管对于两种波长使用单个传感器可能更便宜且更简单。
还要注意的是，透镜和分束器仅仅是AOI的光学部件的非限制性示例。
可以提供一种用于半导体晶片的3D度量的系统。该系统结合光学测量。该系统包括被交替使用来执行光学测量的紫外线照明源和可见光(VIS)照明源。(光学测量可以是任何测量：干涉测量法、WLI-UV、紫外线范围内的消色差共焦、UV三角测量等)。
窄带紫外光可以被选择为用于感测来自物体的辐射的图像传感器的灵敏度和光敏聚酰亚胺对辐射的吸光率之间的折衷(例如，参见图2，曲线51示出随紫外线辐射的波长变化的PSPI层对紫外线辐射的吸光率，曲线52示出相机对反射辐射的光谱灵敏度)。紫外线辐射的吸收应该很高，以便基本上衰减传播通过PSPI层的紫外线辐射(从而衰减到达下层的紫外线辐射，并衰减来自下层的反射紫外线辐射)。曲线51示出了在400纳米(参见点53)之后衰减的显著退化。曲线52示出了相机的灵敏度，该灵敏度在大约550纳米处具有峰值，但是在两侧降低(在大约400纳米处达到降低的灵敏度)，并且在350纳米以下非常低。
它可以是例如约395nm、约405-410nm等。在它的带宽只有几纳米(例如，10nm)的意义上来说，它是窄带的。
已经发现，紫外线照明源可以包括发光二极管，或者包括不包括LED的其他紫外线源(后面跟着适当的滤光器的汞灯)。
为了增加SNR(检测到的光子数)，可以改善在紫外光源与其中传播紫外光的光纤之间的耦合(参见图4)。
图4示出了作为紫外线辐射源的LED模块621。光学收集器(表示为CPC 622)用于收集来自LED模块621的(全部或至少大部分或至少大量)的紫外线辐射，并将收集的紫外线辐射提供给一根或更多根光纤，诸如光纤束623和/或液体纤维光导(其具有液芯)。
光纤支架624支撑并保持在CPC 622和光纤束623之间的连接。
为了改善耦合和紫外线辐射收集，提供了反射耦合元件，诸如CPC(内表面可以是玻璃光导、反射金属或漫射光谱)。CPU将LED模块光学耦合到光纤。CPC可以在输入表面和输出表面上具有抗反射涂层。
内平面和外平面(in&out planes)上具有光学AR涂层。
光导可以是液体光导。
如图5所示，系统可以响应于PSPI层的存在(或缺少PSPI层)在双模式下操作：光照明或紫外线照明。
图5的方法80包括以下步骤：
步骤81：激活照明模块中的光源。
步骤81(在步骤81之后)：将扫描光线聚焦在晶片的上基板表面上。聚焦之后，可以收集来自晶片的上基板表面的光，且甚至生成晶片的被照射的上表面基板的图像。
步骤83：分析图像及其轮廓。
步骤84：如果检查是否需要紫外线照射，则检查晶片的顶部上是否没有PSPI以及具有单个峰值的轮廓。当仅检测到线的一次反射时，获得单个峰值。当存在多个反射时，诸如图1的双反射，收集到多个峰值(例如两个峰值)。
如果不需要紫外线照射，则跳到步骤86，开启白色光源，关断紫外光源，并且用3D高度模块进行扫描和测量。
如果需要紫外线照射，则跳到步骤85，关断白色光源，开启紫外光源，并且用3D高度模块进行扫描和测量。
图6示出了方法90的示例。
方法90可以从步骤91开始，通过照明单元用第一紫外线辐射来照射光敏聚酰亚胺层的区域。可能存在被定位于光敏聚酰亚胺层上的物体。物体可以具有微观尺寸(微米量级)。光敏聚酰亚胺层可以被定位于可以是辐射反射层的下层上。下层可以反射紫外线辐射和/或白光。
步骤91之后可以是步骤92，在步骤92，通过第一传感器感测从该区域反射的第一反射紫外线辐射。
步骤92之后可以是步骤99，在步骤99，通过处理器至少部分地基于第一反射紫外线辐射来确定物体的属性。
属性可以包物体的底部的位置参数(诸如高度值)。
方法90还可以包括步骤94，在步骤94，用第二辐射照射物体。第二辐射可以是紫外线辐射或者可以不同于紫外线辐射。
步骤94之后可以是步骤95，在步骤95，感测第二反射辐射，该第二反射辐射可以是从物体的不同于物体的底部的部分反射的。该部分可以是物体的顶部，或者可以是与物体的顶部和底部不同的部分。为了解释简单，其可以被假设为物体的顶部的被照射部分。
步骤95之后可以是步骤99。当步骤99之前是步骤95时，则该确定可以基于步骤93和95的结果，对物体的属性的确定也可以至少部分基于第二反射辐射。
通过比较物体的顶部的和物体的底部的高度值(进行相减)，步骤99可以提供物体的高度的指示。
第一紫外线辐射的波长可以低于400纳米。
图7示出了方法100的示例。
方法100可以从步骤102开始，用不同于第一紫外线辐射的第三辐射照射区域。该区域是具有第一紫外线辐射的光敏聚酰亚胺层的区域。可能存在被定位于光敏聚酰亚胺层上的物体。物体可以具有微观尺寸(微米量级)。光敏聚酰亚胺层可以被定位于可以是辐射反射层的下层上。
步骤102之后可以是步骤104，在步骤104，从该区域收集第三反射辐射。
步骤104之后可以是步骤106，在步骤106，确定是否执行方法900和(除其他外)用第一紫外线辐射来照射该区域。
仅当确定用第一紫外线辐射照射该区域时，则跳转到执行方法900。否则，不执行方法900。
步骤106可以包括当第三反射辐射表现出模糊性时，确定用第一紫外线辐射照射该区域。模糊性可以通过具有多个反射来表示，其可以表示至少一个错误值。
参考图8，三角测量过程可以扫描凸起41和晶片，该晶片包括在下层43的顶部上的PSPI层42。扫描是通过投射一条辐射线来完成的。
假设白光辐射，图8示出了用辐射21(在第一时间点处)照射凸起的顶部，以在凸起的顶部上形成一条光线，其中反射辐射31在相机上形成一条光线35。
图8还示出了通过辐射22(在第二时间点处)照射PSPI层的区域(在PSPI层的上表面上形成一条光线)，并且第一反射辐射32在相机上形成一条光线37。第二反射辐射33在相机上形成另一条光线39。相机应该一次只能看到一条光线，因此存在值得执行方法900的模糊性。方法900可以包括用紫外线辐射至少照射PSPI层的区域，并提供单条线(未示出)。凸起的高度可以通过从与该物体相关联的高度值中减去与该区域相关联的高度值来进行估计。
PSPI层的区域可以具有任何形状和尺寸，但是必须与物体具有已知的空间关系，例如与物体的底部具有相同的高度。
在前述说明书中，已经参考本发明的实施例的具体示例描述了本发明。然而，显然，在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种修改和改变。
本领域技术人员将认识到上述操作的功能之间的边界仅是说明性的。多个操作的功能可以被组合成单个操作，和/或单个操作的功能可以被分布在附加操作中。此外，可选实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在各种其它实施例中可以改变操作的顺序。
因此，应当理解，本文所描述的体系结构仅仅是示例性的，并且实际上可以实施实现相同功能的许多其它体系结构。在抽象的但仍明确的意义上，实现相同功能的部件的任何布置是有效地“相关联的”，使得期望的功能被实现。因此，本文中被组合以实现特定的功能的任何两个部件都可以被看作彼此“相关联”，使得期望的功能被实现，无论体系结构或中间部件如何。同样，这样关联的任何两个部件也可以被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”以实现期望的功能。
然而，其它修改、变化、和替代也是可能的。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。
词“包括”不排除除了在权利要求中列出的那些之外的其他要素或步骤的存在。应当理解，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，使得本文所描述的本发明的实施例例如能够在除了本文所示出或另外描述的那些方向之外的其它方向上的操作。
此外，如本文所使用的术语“一个(a)”或“一个(an)”被定义为一个或多于一个。此外，在权利要求中的引导性短语(例如“至少一个”和“一个或更多个”)的使用不应被解释为暗示由不定冠词“a”或“an”引入另一个权利要求要素将包含这样引入的权利要求要素的任何特定权利要求限制到仅包含一个这样的要素的发明(即使同一权利要求包括引导性短语“一个或更多个”或“至少一个”和不定冠词(例如“a”或“an”))。同理适用于定冠词。除非另有说明，否则诸如“第一”和“第二”的术语用于任意地区分此类术语所描述的要素。
因此，这些术语不一定旨在指示这样的要素的时间或其他优先级。某些度量在相互不同的权利要求中被叙述的不争事实并不指示这些度量的组合不能有利地被使用。

Claims (20)

1.一种用于确定被定位于光敏聚酰亚胺层上的物体的属性的方法，其中，所述光敏聚酰亚胺层被定位于作为辐射反射层的下层上，所述方法包括：
通过照明单元用第一紫外线辐射来照射所述光敏聚酰亚胺层的区域；
通过第一传感器感测从所述区域反射的第一反射紫外线辐射；以及
通过处理器至少部分地基于所述第一反射紫外线辐射来确定所述物体的属性。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：
用第二辐射照射所述物体；
感测从所述物体的不同于所述物体的底部的部分反射的第二反射辐射；以及
其中，确定所述物体的属性还至少部分地基于所述第二反射辐射。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二反射辐射是从所述物体的顶部反射的，并且其中，所述物体的属性是所述物体的高度。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二辐射是可见光辐射。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二辐射是紫外线辐射。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一紫外线辐射的波长低于400纳米。
7.根据权利要求1所述的方法，包括确定是否用所述第一紫外线辐射来照射所述区域；以及仅当确定用所述第一紫外线辐射来照射所述区域时，用所述第一紫外线辐射来照射所述区域。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述确定之前有以下步骤：
用不同于所述第一紫外线辐射的第三辐射照射所述区域；
收集来自所述区域的第三反射辐射；和
其中，确定是否用所述第一紫外线辐射来照射所述区域至少部分地基于所述第三反射辐射。
9.根据权利要求8所述的方法，包括当所述第三反射辐射表现出模糊性时，确定用所述第一紫外线辐射照射所述区域。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第三辐射是可见光辐射。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，用第一紫外线辐射照射所述区域包括：
通过紫外线源发射所述第一紫外线辐射；
通过被光学耦合到至少一根光纤的光学收集器收集所述第一紫外线辐射；
通过所述至少一根光纤并朝向至少一个光学元件传送所述第一紫外线辐射；和
通过所述至少一个光学元件将所述第一紫外线辐射引导到所述区域上。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述光学收集器是径向对称的，并且具有凹形。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述光学收集器是中空的。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述光学收集器是涂有反射要素的透明体。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一根光纤是光纤束。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一根光纤包括液芯。
17.一种自动光学检查系统，包括第一照明单元、第一传感器和处理器；
其中，所述照明单元被配置成用第一紫外线辐射来照射光敏聚酰亚胺层的区域；其中，物体被定位于所述光敏聚酰亚胺层上；其中，所述光敏聚酰亚胺层被定位于作为辐射反射层的下层上；
其中，所述第一传感器被配置为感测从所述区域反射的第一反射紫外线辐射；和
其中，所述处理器被配置成至少部分地基于所述第一反射紫外线辐射来确定所述物体的属性。
18.根据权利要求17所述的自动光学检查系统，其中，所述第一照明单元被配置为用第二辐射照射所述物体；
其中，所述第一传感器被配置为感测从所述物体的不同于所述物体的底部的部分反射的第二反射辐射；和
其中，所述处理器被配置为还响应于所述第二反射辐射来确定所述物体的属性。
19.根据权利要求17所述的自动光学检查系统，包括第二照明单元和第二传感器；
其中，所述第二照明单元被配置成用第二辐射照射所述物体；
其中，所述第二传感器被配置为感测从所述物体的不同于所述物体的底部的部分反射的第二反射辐射；和
其中，所述处理器被配置为还响应于所述第二反射辐射来确定所述物体的属性。
20.一种非暂时性计算机可读介质，其存储用于执行以下操作的指令：
通过照明单元用第一紫外线辐射来照射光敏聚酰亚胺层的区域；其中，物体被定位于所述光敏聚酰亚胺层上；其中，所述光敏聚酰亚胺层被定位于作为辐射反射层的下层上；
通过第一传感器感测从所述区域反射的第一反射紫外线辐射；以及
通过处理器至少部分地基于所述第一反射紫外线辐射来确定所述物体的属性。
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