JP2015536037A - 物体例えばウェハ内に埋もれている構造を制御可能に明示するための方法およびデバイス - Google Patents

Abstract

イメージングセンサ（２２）と、前記イメージングセンサ（２２）上で視野内の物体（２０）の画像（７３、７４）を生成することが可能な光学イメージング手段（３４）と、照明ビーム（２５、３０）の生成及び反射中の前記視野の照明を行う照明手段（２３、２７）とを利用して、物体（２０）例えばウェハの表面において、前記物体（２０）内に封入されている構造（７０ａ、７０ｂ、７０ｃ）例えばビアを検査するためのイメージング方法およびデバイスであって、上記ビーム（２５、３０）の光が本質的に上記物体（２０）内に貫入可能であるようにスペクトル成分が物体（２０）の性質に適合している第１の照明ビーム（２５、３０）を用いて上記物体（２０）を照明することによって、物体（２０）の第１の画像（７３）を取得する工程と、上記ビーム（２５、３０）の光が実質的に物体（２０）の表面によって反射されるようにスペクトル成分が物体（２０）の性質に適合している第２の照明ビーム（２５、３０）を用いて上記物体（２０）を照明することによって、物体（２０）の第２の画像（７４）を取得する工程と、第１の画像（７３）内に見えるが第２の画像（７４）内には見えない構造（７１ａ）を識別するように、上記第１の画像および第２の画像（７３、７４）を比較す工程とを含むことを特徴とする、イメージング方法およびデバイスに関する。

Description

本発明は、多層物体例えばウェハに対する寸法測定を行うためのデバイスおよび方法に関する。本発明はまた、そのような物体の表面下の構造を、特にこれらの構造に対して測定センサを位置付ける目的で位置特定することを可能にするイメージングデバイスにも関する。

本発明はまた、物体例えばウェハ内に埋もれている構造を制御可能に明示するための方法およびイメージングデバイスにも関する。

本発明の分野は、より詳細には、限定ではなく、マイクロエレクトロニクス、マイクロシステム（ＭＥＭ）または集積光学の分野におけるデバイスの測定および寸法制御の分野である。

先行技術の水準

マイクロエレクトロニクスおよびマイクロシステム（ＭＥＭ、ＭＯＥＭ）の製造技術は、体積におけるこれらのシステムの機能のより良好な集積を可能にすることができる、複合ボリューム構造を製造する方向に向かって進歩している。

これらの構造は、構成要素をいくつかの、時として多数の層を、これらの構成要素の層を接続する相互接続トラック（またはビア）を用いて重ね合わせることを特徴とする。これらの技法は、「チップ・レベル・パッケージング」または「３Ｄ集積」と頻繁に呼ばれるものに属する。

構成要素の層は、別個のウェハ上に製造することができ、これらはその後、重ね合わされて相互接続される。

より正確には、この製造方法は、
ウェハの一面（構成要素面）のみに開いている孔またはトレンチとして存在するビアをエッチングする工程と、
ビアを金属化し、構成要素面上に導体トラックおよび構成要素を少なくとも部分的に製造する工程と、
裏面（すなわち、構成要素面の反対側の表面）を（通常は機械的方法を使用して）研磨することによってウェハを薄化する工程と
を含むことができる。ウェハは、十分な機械的剛性を得るために、一時的な輸送ウェハに積層される。事実、研磨後、ウェハの厚さは数十マイクロメートルまで低減されることができる。

この薄化によって、ウェハの厚さを所定の厚さまで、またはビアが突き抜けるまで低減することが可能である。

この薄化操作中にビアの底とウェハの背面との間の残りの材料の厚さを制御することが非常に重要である。

この残りの材料の厚さを測定することを可能にする種々の技法が知られている。

たとえば、時間領域または空間領域低コヒーレンス干渉分光法に基づく技法が知られている。

Ｍａｒｘ他による特許文献、米国特許第７，７３８，１１３号明細書も既知であり、当該特許文献は、走査共焦点技法または色分散共焦点技法に基づくプローブを用いてこの測定を実行することを可能にするデバイスを記載している。

しかしながら、ウェハの背面から見ることができないビアを位置特定する問題が生じる。これらのビアは数マイクロメートルまたは数十マイクロメートル幅であることができ、直径がそれほど大きくない測定ビームを正確にビアに一致して位置決めすることが可能でなければならないため、この問題は、些細なことではない。

点距離測定センサを、ウェハの表面の画像を生成し測定ビームを正確に位置決めすることを可能にするイメージングシステムと組み合わせることが知られている。

すでに説明したように、ビアはウェハの裏面から見ることができず、薄化操作が実行される時点で、ウェハの構成要素面上で数平方ミリメートルを占めることができる構成要素および金属トラックがすでにあるため、これらのシステムはこの位置決め問題を解決することを可能にするものではない。これらの構成要素はビアの位置を完全に覆い隠し、それらはその上完全に不透明であり、これによって透明性によるビアの位置特定が妨げられる。

この特定の問題に留まらず、「チップ・レベル・パッケージング」技法が発展している結果として、積層材料の複数の層の厚さまたは位置を正確に測定することを可能とすることが必要とされている。

これらの層は、数百マイクロメートルまでのマイクロメートル以下の単位のものであることができ、それらが多数存在することができる。実際には、前述の測定技法のいずれも、このタイプの測定の仕様のすべてを満たすことが可能でなく、これによって、実際には、これらの測定デバイスの数を増やさなければならないことになっている。

ウェハ薄化操作中、ビアが突き抜けているか否か、すなわち、ビアが研磨または薄化された表面上に見えているか否かを検査することが非常に重要であることもある。これによって、特に、薄化操作を最適化し、すべてのビアが「露呈（reveles）」する、すなわち、薄化表面上に見えるときに薄化操作を停止することが可能になる。

本発明の目的は、複合構造に対する距離および厚さ測定に関係する従来技術の欠点を克服することである。

本発明の目的は特に、ウェハの表面から見ることができないビアまたは同様の構造を位置特定することを可能にするシステムを提案することである。

本発明の目的はまた、ウェハの背面からビア上の残りの厚さの測定を実行することを可能にするシステムを提案することでもある。

最後に、本発明の目的は、広いダイナミックレンジにおいて、かつ多数の接触面上で厚さ測定を実行することを可能にするシステムを提案することである。

本発明の目的はまた、研磨中に、ビアが見えるようになっているか否かを検査することを可能にする方法およびイメージングデバイスを提案することでもある。

この目的は、イメージングセンサと、上記イメージングセンサ上で、視野内の物体の画像を生成することが可能な光学イメージング手段と、照明ビームの生成を及び反射中の前記視野の照明を行う照明手段とを利用して、物体例えばウェハの表面において、上記物体内に封入されている構造の存在を検査するための方法であって、
第１の照明ビームを用いて前記物体を照明することによって前記物体の第１の画像を取得する工程と、ここで、第１の照明ビームのスペクトル成分が、前記ビームの光が前記物体内に本質的に貫入可能となるように、前記物体の性質に適合しているものとし、
第２の照明ビームを用いて前記物体を照明することによって前記物体の第２の画像を取得する工程と、ここで、第２の照明ビームのスペクトル成分が、前記ビームの光が前記物体の表面によって本質的に反射されるように、前記物体の性質に適合しているものとし、
第１の画像内に見えるが第２の画像内には見えない構造を識別するように、上記第１の画像および第２の画像を比較する工程と
を含むことを特徴とする、前記方法によって達成される。

別の態様によれば、物体例えばウェハの表面において、上記物体内に封入されている構造例えばビアの存在を検査するための（および／または、特に上記構造に対して測定センサを位置決めすることを目的として、物体例えばウェハの表面を通じて構造を位置特定するための）イメージングデバイスであって、
イメージングセンサと、
上記イメージングセンサ上で、視野内の物体の画像を生成することが可能な光学イメージング手段と、
照明ビームの生成を及び反射中の前記視野の照明を行う照明手段と
を備え、照明手段は、前記ビームの光が前記物体内に本質的に貫入可能となるように、スペクトル成分が前記物体の性質に適合している前記照明ビームを生成することが可能である、前記イメージングデバイスが提案される。

照明手段はまた、上記ビームの光が物体の表面によって本質的に反射されるようにスペクトル成分が物体の性質に適合している前記照明ビームを生成することも可能とすることができる。

実施形態によれば、照明手段は、照明ビームのスペクトルを、物体内に本質的に貫入することが可能な波長に制限することが可能なスペクトルフィルタを備えることができる。

スペクトルフィルタは、
物体の材料と同一または同様の材料から作成されるプレートと、
シリコンプレートと、
カットオフ波長よりも大きい波長のみが通過することを可能にするように光スペクトルをフィルタリングするプレートと、
１マイクロメートルよりも大きい波長のみが通過することを可能にするように光スペクトルをフィルタリングするプレートと、
ハイパス（波長）干渉フィルタタイプのプレートと
を備えることができる。

照明手段はまた、
物体の表面によって本質的に反射されることが可能な第１の波長、および、物体内に本質的に貫入することが可能な第２の波長を含むスペクトルを有する光を放出することが可能な光源と、
照明ビーム内にスペクトルフィルタを挿入するか、または照明ビームからスペクトルフィルタを引き抜くための切り替え手段と
をも備えることができる。

他の実施形態によれば、照明手段は、スペクトルが物体内に本質的に貫入することが可能である波長に制限される光を放出することが可能な光源を備える。

照明手段はまた、スペクトルが物体の表面によって本質的に反射されることが可能な波長に制限される光を放出することが可能な第２の光源をも備えることができる。

実施形態によれば、本発明によるデバイスは、
イメージングシステムの光軸に実質的に平行な照明軸に沿って視野内に入射する照明ビームと、
イメージングシステムの光軸と、上記イメージングシステムの開口数を規定する角度よりも大きい角度を形成する照明軸に沿って視野内に入射する照明ビームと
を備える。

実施形態によれば、本発明によるデバイスはまた、物体を通して伝送経路（transmission）内の視野を照明するように配置されている伝送経路内の光源をも備えることができる。

イメージングセンサは、シリコン基板上のＣＣＤまたはＣＭＯＳタイプのセンサを含むことができる。

本発明の別の態様によれば、物体例えばウェハに対する寸法測定を実行するためのシステムであって、厚さおよび／または距離を測定するための少なくとも１つの光学センサと、本発明によるイメージングデバイスとを備えるシステムが提案される。

本発明によるシステムはまた、
時間領域低コヒーレンス干渉分光法の原理に基づいて厚さおよび／または距離を測定するための少なくとも１つの光学センサと、
空間領域低コヒーレンス干渉分光法または光周波数走査干渉分光法の原理に基づいて厚さおよび／または距離を測定するための少なくとも１つの光学センサと、
光学イメージング手段の遠位対物レンズを通過する測定ビームを用いて厚さおよび／または距離を測定するための少なくとも１つの光学センサと、
クロマティック共焦点タイプの、厚さおよび／または距離を測定するための少なくとも１つの光学センサと
をも備えることができる。

実施形態によれば、本発明によるシステムは、それぞれ、一方は光学イメージング手段の側にある物体の表面上に、他方は上記物体の反対側の表面上に配置される、厚さおよび／または距離を測定するための少なくとも２つの光学センサを備えることができる。

本発明のまた別の態様によれば、ウェハの表面と、構造例えばビアとの間の材料の残りの厚さを測定するための方法であって、
本発明によるイメージングデバイスによって上記ウェハの表面を通る上記構造を位置特定する工程と、
上記構造の反対側に厚さおよび／または距離を測定するための光学センサを位置決めする工程と、
材料の残りの厚さを測定する工程と
を含む方法が提案される。

本発明の他の利点および特徴が、決して限定ではない実施態様および実施形態の詳細な説明を読むこと、および、添付の図面から明らかとなろう。
本発明による測定システムの一実施形態を示す図である。 図１の測定システムによって解決される測定問題の例を示す図である。 時間領域低コヒーレンス干渉分光法に基づく測定システムの概略図である。 測定問題の別の例を示す図である。 本発明によるイメージングシステムの別の実施形態を示す図である。

図１を参照すると、本発明による測定システムは、測定対象物２０に対する、厚さ測定を含む寸法測定を実行することを可能にする。

図２は、構成要素およびトラック２が特定の接触面上に存在する、材料１、１２、１３の層のアセンブリによって構成される、測定対象物２０の一例を示す。

この例は、純粋に例示であり、構成要素を製造するためのプロセスの特定の工程を忠実に表すことを目的とするものではない。この例は単純に、非限定的に、必ずしも同時にではなく、マイクロオプティクス、マイクロシステムまたはマイクロエレクトロニクス内の構成要素を製造するためのプロセスの間に、より詳細には、３次元において構成要素を組み立てるための技法、または、「チップ・レベル・パッケージング」タイプの技法が実施されているときに、遭遇する場合がある一群の測定問題を示す。

本発明による測定システムは、当業者の範囲内の慣習的な適応を受けて、測定技法および使用波長と適合する任意のタイプの材料を有する測定対象物２０に対して実施されることができることを理解されたい。

これらの材料は、特に、ウェハ（材料の平坦なディスク）、堆積層などの形態にある、シリコン（Ｓｉ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）またはリン化インジウム（ＩｎＰ）のようなＩＩＩ−Ｖ族化合物、サファイア結晶、シリカ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）などを含んでもよい。

図２の例に示す測定対象物２０は、ビア３がエッチングされているシリコンウェハ１を備える。これらのビア３（または「シリコン貫通ビア」、ＴＳＶ）は、数マイクロメートルから数十マイクロメートル幅の、トレンチまたは孔のような中空構造に対応する。

ビア３は、たとえば、構成要素または金属トラック２と、後続のプロセスの工程においてウェハ１の外面に追加される他の構成要素との間の相互接続を生成するように意図されている。この場合、それらは金属化される。

これらの相互接続を生成することを可能にするために、ビア３をその外面上に見えるようにするために、ウェハ１を薄化する必要がある。この薄化操作は通常、ウェハ１の外面を研磨することによって実行される。これは、プロセス中にビアとウェハ１の外面との間の残りの厚さ９を定期的に正確に制御することを必要とする。この測定は、ＲＳＴ（「残りのシリコン厚さ」）測定と称される。

この測定を実行することを可能にするために、ウェハ１の表面を通じてビア３を位置特定し、距離または厚さセンサの測定ビームを測定軸５上に正確に位置決めすることが可能でなければならない。その上、ビア３は、はるかに大きな寸法を有する不透明な構成要素２と一致しているため、透明性によって位置特定することができない。

図２に示すように、本発明によるシステムによって、
測定軸６に沿った、不透明な構成要素２が測定ビームの経路内に置かれているときの積層構造（または接触面の位置）の厚さ１０の測定
測定軸７に沿った、接触面の位置を有する、多数の連続層の厚さ１０の測定
測定軸８に沿った、接触面の位置を有する数百マイクロメートルになる材料１０の厚さまでのマイクロメートル単位の材料層１１に対する、大きなダイナミックレンジにおける厚さ測定
のような他の測定問題が解決されることが有利である。

図１の測定システム、および、当該システムが図２の測定を実行することを可能にする方法をこれより説明する。

本発明による測定システムは、
測定軸５、６、７、８に沿った測定値を取得することを可能にする点光学距離または厚さ測定センサと、
物体２０を視覚化し、この物体に対して測定センサを位置決めすることを可能にするためのイメージングデバイスと、
測定対象物をイメージングデバイスおよび測定センサに対して動かすための機械的位置決めシステムを用いて、測定対象物２０を受け入れるように意図されている試料支持部と
を備える。

イメージングデバイス
イメージングデバイスは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳタイプのアレイセンサ２２を有するカメラ２１を含む。

本質的に、レンズおよびビーム分割またはビーム結合素子（ビームスプリッタ、特に透明なミラー、キューブ）によって構成される光学イメージング手段３４のセットが、カメラ２１のセンサ２２上の視野内に物体２０をイメージングすることを可能にする。

これらの光学イメージング手段３４は、特に、画像の倍率を調整することを可能にする遠位光学素子３６を備える。この遠位光学素子は、容易に交換することができるように、対物転換器３７上に取り付けられている顕微鏡対物レンズを含む。

イメージングデバイスはまた、物体２０に対する視野を照明するための照明手段をも備える。

イメージングデバイスは、
物体２０の表面を制御することを可能にするために、または、そこに存在する可能性がある構造に対して測定センサを配置するために、物体２０の表面を視覚化し、
物体２０内に埋もれている構造例えば構成要素２を、透明性によって見ることができる場合に、たとえば、図２の例の測定軸７に沿ったこれらの構造２間の測定を実行するために位置特定し、
また、物体２０内に埋もれている構造例えばビア３を、透明性によって見ることができない場合に、たとえば、図２の例の測定軸５に沿ったこれらの構造３に対する測定を実行するために位置特定することを可能にしなければならない。

その上、たとえば、構成要素２に対してビア３を識別するために、構成要素２およびビア３の両方を検出することが可能であることが有用であることができる。

物体２０と、透過して見ることができない埋もれた構造３の両方を視覚化することが必要であることによって、相反される制約がもたらされる。すなわち、一方の事例においては良好な条件下で表面をイメージングし、他方の事例では、表面からの反射によって阻害されることなく、この表面の下のたった数マイクロメートルの深さにあることがある構造３をイメージングすることが可能でなければならない。

これらの問題は、本発明において、利用される照明構成によって解決される。

シリコンは、光スペクトルの可視部分においては不透明であり、１マイクロメートルよりも大きい近赤外線の波長では透明になる材料である。

興味深いことに、１．１μｍの波長まで拡大する感度を有するシリコン基板状のＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ２２に基づくカメラ２１がある。これらのカメラは、赤外線カメラにまさる、費用の高くないその他の標準的な産業用カメラの利点を有する。

それゆえ、そのようなカメラ、および適切な照明による、シリコンを通じたイメージングを実行することが可能である。しかしながら、１μｍよりも大きい波長の場合のそれらの感度はそれほど良好ではなく、特に配慮しない限り、物体２０の表面の反射による測定は不可能になる。

本発明によるイメージングデバイスは、明視野タイプの反射において照明を生成するように意図されている第１の照明経路２３を備える。この照明は、イメージングシステムの光軸４９に実質的に平行な照明軸に沿って物体２０に入射する照明ビーム２５を生成する。光軸４９に実質的に垂直なすべての表面上で反射または拡散される光は、カメラ２１内の画像に寄与する。

第１の照明経路２３は、光源２４を備える。

図示されている実施形態において、この光源２４は、光ファイバ束によって光学系に接続されているハロゲンランプを含む。この光源２４は、可視波長および近赤外線波長の光を放出する。

第１の照明経路２３はまた、照明ビーム２５内に挿入されるスペクトルフィルタ２６をも備える。このスペクトルフィルタの機能は、物体２０に入射する照明ビーム２５のスペクトルが、本質的に、物体２０内に貫入または透過することができる（すなわち、それに対して物体２０が実質的に透明である）波長のみを含むように、当該照明ビームのスペクトルを制限することである。本事例において、シリコンから作成される物体２０では、これらは１μｍ以上程度の波長である。

したがって、スペクトルフィルタ２６は、物体２０内に貫入することができず、それゆえ、フィルタ２６がなければ、本質的にこの表面によって反射される光源２４の波長に起因する物体２０の外面上の反射を最小限に抑えることが可能である。

そうでなければカメラ２１における画像を飽和させてしまうこれらの反射をなくすか、または少なくとも大きく減衰させることによって、物体２０の表面の下に置かれている構造（ビア３など）の画像を、それらの構造を位置特定することを可能にするのに十分な品質で得ることが可能になる。

有利には、スペクトルフィルタ２６は、物体２０と同じ材料、すなわち、図示されている実施形態ではシリコンの、薄いプレートによって構成される。

したがって、フィルタ２６を通じて伝送される波長はまた、物体２０の表面を通じて最良に伝送される波長でもあるため、スペクトルフィルタは、物体２０の材料に完全に適しているスペクトル特性を有しながら、相対的に低い費用で製造することができる。

第１の照明経路２３はまた、スペクトルフィルタ２６を通過せず、物体２０の表面の反射が高い波長（ここでは可視波長）を有する照明ビーム２５を生成することを可能にする第２の光源６０をも備える。図示されている実施形態において、この第２の光源は、発光ダイオードを含む。光源２４および第２の光源６０は、電気的に切り替えられる。

本発明によるイメージングデバイスは、暗視野タイプの反射において照明を生成するように意図されている第２の照明経路２７を備える。この照明は、イメージングシステムの光軸４９とともに、イメージングシステムの開口数を規定する角度３５（すなわち、イメージングシステムの光軸４９と、遠位光学素子３６に入射する光軸４９から最も遠い光線との間の角度３５）よりも大きい角度を形成する照明軸に沿って物体２０に入射する照明ビーム３０を生成する。この構成においては、光学イメージングシステムの方向に（表面上でまたは物体２０内で）拡散される光のみがカメラ２１における画像に寄与する。

図１の実施形態において、暗視野照明ビーム３０の軸とイメージングシステムの光軸４９との間の角度は、６０度程度であり、これによって、約５０度〜７０度の角度をカバーすることが可能になる。

第２の照明経路２７は、光源２８を備える。

図示されている実施形態において、この光源２８は、光ファイバ束によって光学系に接続されているハロゲンランプを含む。この光源２８は、可視波長および近赤外線波長の光を放出する。

第２の照明経路２７はまた、照明ビーム３０内に挿入されるスペクトルフィルタ２９をも備える。このスペクトルフィルタの機能は、物体２０に入射する照明ビーム３０のスペクトルが、本質的に、物体２０内に貫入または透過することができる（すなわち、それに対して物体２０が実質的に透明である）波長のみを含むように、当該照明ビームのスペクトルを制限することである。本事例において、シリコンから作成される物体２０では、これらは１μｍ以上程度の波長である。

したがって、スペクトルフィルタ２９は、物体２０内に貫入することができず、それゆえ、フィルタ２９がなければ、この表面によって本質的に反射される光源２８からの波長に起因する物体２０の外面上の反射を最小限に抑えることが可能である。

そうでなければカメラ２１における画像を飽和させてしまうこれらの反射をなくすか、または少なくとも大きく減衰させることによって、物体２０の表面の下に置かれている構造（ビア３など）の画像を、それらの構造を位置特定することを可能とするのに十分な品質で得ることが可能になる。

有利には、スペクトルフィルタ２９は、物体２０と同じ材料、すなわち、図示されている実施形態ではシリコンの、薄いプレートによって構成される。

したがって、フィルタ２９を通じて伝送される波長はまた、物体２０の表面を通じて最良に伝送される波長でもあるため、スペクトルフィルタは、物体２０の材料に完全に適しているスペクトル特性を有しながら、相対的に低い費用で製造することができる。

本発明によるイメージングデバイスは、伝送経路内の照明を生成するように意図されている第３の照明経路３１を備える。この照明は、イメージングシステムの反対側のその表面において物体２０に入射する照明ビーム３３を生成する。物体２０を通じて伝送される光はカメラ２１における画像に寄与し、したがって、透過して見ることができる物体２０の構造２を視覚化することを可能にする。

第３の照明経路２３は、光源３２を備える。

図示されている実施形態において、この光源３２は、光ファイバ束によって光学系に接続されているハロゲンランプを含む。この光源３２は、特に、物体２０を通過することが可能な、近赤外線波長の光を放出する。

物体２０の表面上の反射はイメージング手段によってキャプチャすることができないため、この照明構成においては遊離反射による問題はない。

システムは、多種多様な状況において構造を位置特定することを可能にする画像を得るために、第１の照明経路、第２の照明経路および第３の照明経路が同時に、または別個に使用されることができるように設計される。

光源２４、２８および３２の強度は調整可能である。

スペクトルフィルタ２６、２９は、物体２０の材料に適合するために容易に変更することができる。

第２の照明経路２７の暗視野照明によって、特定の事例において、特に、構造３を第１の照明経路２３によって生成される光背景から区別することが困難になる事例において構造３をより良好に位置特定することが可能になる。

本発明によるシステムが製造環境において複合構造に対する測定を実行するように意図されている限りにおいて、自動的に、または、少なくとも最小限の手作業で需要に最良に適している複合照明を生成することができることが極めて重要であることが留意されるべきである。

その上、３つの照明経路を利用することは、すべての構成において規定されているわけではない。

測定システム
すでに説明したように、測定システムは、イメージングデバイスおよび点光学距離または厚さ測定センサ４５、４６、４７を備える。

これらのセンサは、イメージングデバイスが測定点を物体２０上に正確に位置決めすることを可能にするように、光学イメージング手段３４とインターフェースされている。

図１の実施形態において利用されているような点光学距離または厚さ測定センサ４をこれより説明する。

本発明によるシステムは、時間領域低コヒーレンス干渉分光法の原理に従って動作するセンサ４６を備える。この技法は、「時間領域光コヒーレンストモグラフィ」またはＴＤ−ＯＣＴとも呼ばれる。

図３は、光ファイバ干渉分光計アーキテクチャに基づく、そのようなＴＤ−ＯＣＴセンサ４６の概略図である。

ＴＤ−ＯＣＴセンサ４６は、物体２０の層に貫入することが可能であるように、近赤外線（たとえば、約１３１０ｎｍ）の多色光を放出する光源６１（ファイバ結合スーパールミネッセントダイオードなど）を備える。

光源からの光は、ファイバ結合器６２によって２つの成分に分割される。これらの２つの成分は、それらの間に光学遅延を導入するように、それぞれ遅延線６４および内部基準６３によって反射される。反射は結合器６２によって再結合されて、結合器６６および光ファイバ６０を通じて測定コリメータ３９および測定すべき物体２０に向けて方向付けられる。基準面上で、測定コリメータ３９のレベルにおいてさらなる反射が生成される。

測定対象物２０によって反射され、測定コリメータ３９によって、戻る途中で収集される光、および、コリメータ３９内の基準面に対する反射が、結合器６６を通じて検出器６５に向けて方向付けられる。

遅延線６４によって一時的走査が実行される。コリメータ３９内の基準と物体２０の接触面上の反射との間の光学遅延が内部基準６３と遅延線６４との間で再生成される度に、検出器６５の信号上で干渉ピークが得られる。

したがって、遅延線内に導入される遅延の関数としての干渉ピークの位置が、反射が起こった物体２０の連続した接触面または接触面の位置を直接表す信号が得られる。

したがって、たとえば、図２の測定軸１０に沿って複合層の構造をイメージングして、すべての層またはすべての接触面の連続を得ることが可能である。

有利には、測定コリメータ３９から発する測定ビームは、特にビームが通る遠位対物レンズ３６を通じて、光学イメージング手段３４内に挿入される。したがって、カメラ２１を用いて物体を観測しながら、測定を実行することが可能である。

ＴＤ−ＯＣＴセンサ４６は、イメージングシステムに対して物体２０の反対側の表面を介して測定を実行することも可能にする、コリメーション光学素子４０を有する第２の測定経路を備える。

これによって、例として、例えば測定軸６に沿った不透明な構造２のいずれかの側の物体２０の層の連続を測定することが可能になる。

ＴＤ−ＯＣＴセンサ４６が、コリメータ３９または４０における基準に対する絶対光学距離測定を可能にする限りにおいて、「キャリパ」測定と称されるこの構成は、２つの測定経路３９、４０の適切な較正によって、不透明な構造２に対する厚さ測定を実行することも可能にする。

ＴＤ−ＯＣＴセンサ４６の欠点は、数マイクロメートル未満だけ分離された干渉を区別することを可能にはしないことである。この制限は、干渉ピークの幅が光源６１のスペクトル幅の逆関数であり、妥当な費用で市販されている光源のスペクトル幅が限られていることに起因する。

有利には、本発明によるシステムはまた、周波数またはスペクトル領域低コヒーレンス干渉分光法の原理に従って動作するセンサ４５をも備える。この技法は、「周波数領域光コヒーレンストモグラフィ」またはＦＤ−ＯＣＴとも呼ばれる。

ＦＤ−ＯＣＴセンサ４５は、物体２０の層に貫入することが可能であるように、近赤外線の多色光を放出する光源を備える。代替的に、当該センサは、波長可変光源を利用することができ、その波長は、有用なスペクトルを走査するように、経時的に変化される。

有利には、ＦＤ−ＯＣＴセンサ４５の測定ビームは、コリメータ３８によって、特にビームが通る遠位対物レンズ３６を通じて、光学イメージング手段３４内に挿入される。したがって、カメラ２１を用いて物体を観測しながら、測定を実行することが可能である。

物体２０によって反射される光が、光学分光計によってＦＤ−ＯＣＴセンサ４５内で分析される。

したがって、そのリップルが、ＦＤ−ＯＣＴセンサ４５の測定ビームによって通過される層の厚さを表すスペクトルが得られる。これらのリップルは、反射の間の光学的距離の関数としての、種々の波長に現れる建設的（constructrices）または破壊的（destructrices）干渉に起因する。

この方法は、光源のスペクトル幅に応じて１マイクロメートル以下までの、小さい厚さを測定することを可能にするという利点を有する。

その主な欠点は、物体２０の層の空間的な連続が測定値においては保持されないことであり、すなわち、厚さ測定値は得られるが、その順序または並びを確定することはできず、これによって、複合物体２０について測定値を解釈することが困難になる。

その上、ＦＤ−ＯＣＴセンサを用いて測定することができる最大厚さは分光計の分解能、それゆえ、分光計が備える個々の検出器の数に応じて決まる。この検出器の数は、ＩｎＧａＡｓ技術における近赤外線センサまたは多量子井戸を使用する既存の分光計においては制限されている。したがって、ＦＤ−ＯＣＴセンサを用いて測定することができる最大厚さは、最大厚さが遅延線６４によって導入され得る最大遅延によって求められる、ＴＤ−ＯＣＴ技術を用いて測定することができる最大厚さよりも制限される。

従来技術のデバイスから差別化する本発明の有利な態様によれば、ＴＤ−ＯＣＴ４６およびＦＤ−ＯＣＴ４５センサは組み合わせて使用される。これによって、たとえば、図２の測定軸８のもののタイプの測定を実行することが可能になる。

この例において、１マイクロメートル程度の厚さの透明な層４が構成要素面上に堆積されている。

ＴＤ−ＯＣＴセンサ４６は、層１０の連続をもたらすが、堆積物４はその厚さが薄すぎて測定することができず、これは、ＴＤ−ＯＣＴセンサ４６の測定値信号においては単一のピークの形態で現れる。

ＦＤ−ＯＣＴセンサ４５によって実行される完全な測定が、この厚さを測定することを可能にすることが有利である。したがって、ＴＤ−ＯＣＴ４６およびＦＤ−ＯＣＴ４５センサの測定を組み合わせることによって、測定軸８に沿った層の表現が得られ、これは２つのセンサのうちの１つだけでは達成することができない。

本発明によるシステムはまた、クロマティック共焦点タイプ４７の距離センサをも備える。

クロマティック共焦点センサ４７は、分散素子４１およびコリメータ４２によって構成されるクロマティック光学機器とともに利用される。これらの要素は、これらの要素を通過する、クロマティック共焦点センサ４７から発する光の複数の異なる波長が、物体２０のレベルにおいて複数の異なる距離において合焦されるように設計される。物体２０上の反射がこれらのクロマティック光学機器４１、４２によって収集され、クロマティック共焦点センサ４７内の分光計に送達される。スペクトル値の最大値を分析することによって、これらの反射の起点にある物体２０接触面の位置を測定することが可能になる。

コリメータ４２は対物転換器３７に取り付けられている。分散素子４１は、反射鏡４３を動かす移動台車４４によって光学系内に一体化される。クロマティック共焦点センサ４７を用いた測定は、他の測定と同時に実行することはできないが、イメージングシステムによって事前に精密に配置された位置においてクロマティック共焦点センサ４７を用いた測定を実行することを可能にするために、これらの素子は、クロマティック光学機器４１、４２の光軸がイメージングシステムの光軸４９と一致するように調整される。

クロマティック共焦点センサ４７は、ＦＤ−ＯＣＴセンサ４５またはＴＤ−ＯＣＴセンサ４６では達成することができない高い率で絶対距離を測定することを可能にするという利点を有する。

したがって、本発明において利用される３つのタイプのセンサ（ＴＤ−ＯＣＴ４６、ＦＤ−ＯＣＴ４５およびクロマティック共焦点４７）は高度に相補的であり、物体２０に対する多数の構成による測定を実行することを可能にする。

システム全体はコンピュータ４８および操作ソフトウェアによって制御され、これによって、一方では明視野２３、暗視野２７および伝送経路３１における照明経路の最良の調整が可能になり、他方では、ＴＤ−ＯＣＴ４６、ＦＤ−ＯＣＴ４５およびクロマティック共焦点４７センサを最適に組み合わせることによって測定を実行することが可能になる。

したがって、作業員の側の手作業を最小限に抑えて事前にプログラムされている「レシピ」に基づいて、半自動的に複合測定プロトコルを実行することができる。

測定はまた、物体２０の予備知識および／または画像分析技法を利用することによっても、自動化され得る。

変形実施形態によれば、暗視野照明は、環状照明の形態で生成され得る。

変形実施形態によれば、第１の照明経路および第２の照明経路のスペクトルフィルタ２６、２９は、適切なスペクトル特性を得ることを可能にする任意の他の様式で製造されてもよい。それらは特に、
干渉フィルタを製造するための誘電体材料の層の重ね合わせ、
物体２０のものとは異なるが適切なスペクトル特性を有する材料
を含んでもよい。

変形実施形態によれば、
第１の照明経路２３のスペクトルフィルタ２６は、スペクトルフィルタ２６を照明ビーム２５から引き抜くことを可能にする取り外し可能支持部に取り付けられてもよい。同様に、第２の照明経路２７のスペクトルフィルタ２９は、スペクトルフィルタ２９を照明ビーム３０から引き抜くことを可能にする取り外し可能支持部に取り付けられてもよい。これによって、最良の条件下で、すなわち、物体２０の表面の反射度が高い（ここでは可視波長）光源２４および／または光源２８からの光の波長を利用することによって、物体２０の表面をイメージングすることが可能になる。
第１の照明経路２３が第２の光源６０を備えないことが可能である。
第２の照明経路２７はまた、スペクトルフィルタ２９を通過することがない、物体２０の表面の反射度が高い波長（ここでは可視波長）を有する照明ビーム３０を生成することを可能にする第２の光源をも備えることができる。
光源２４、６０、２８、および／または３２は、同時にまたは順次、照明経路２３、２７、３１の間で共有される１つまたは複数の主光源から生成されてもよい。これは特に、１つまたは複数の主光源からの光を光学系に向けて搬送する適切なファイバ束を用いて達成され得る。
光源２４、６０、２８、および／または３２は、たとえば、放電ランプまたは光ファイバキセノンランプのような、任意の適切な光源を含んでもよい。
光源２４、２８、および／または３２は、たとえば、１０５０ｎｍを中心とする発光スペクトルを有する発光ダイオードのような、物体２０内に貫入することが可能な波長に制限される発光スペクトルを有する光源を含んでもよい。この事例において、本発明によるデバイスが、第１の照明経路２３および／または第２の照明経路２７内にスペクトルフィルタ２６、２９を備えないことが可能である。

変形実施形態によれば、用途に応じて、図１に示す以外のセンサの構成が想定され得る。これらのセンサは、他の技法に基づいてもよく、かつ／または距離および厚さ以外の寸法を測定してもよい。

イメージングデバイスはまた、物体２０に対するレイアウト測定を実行するために、フルフィールド低コヒーレンス干渉計によって完成されてもよい。この干渉計は、カメラ２１上で、物体２０の高さを表す干渉縞を得るように、遠位対物レンズ３６のレベルにおいて構成されてもよい。これは、たとえば、遠位対物レンズ３６と物体２０との間の半反射プレート、および、半反射プレートと遠位対物レンズ３６との間の反射鏡を挿入することによって構成されてもよい。したがって、すべての有用な高さを走査するように、この物体２０の光学系に対する制御された移動を実行することによって、物体２０のレイアウト測定値を得ることができる。

図４は、同じく本発明によるイメージングデバイスを利用した測定方法によって解決される測定問題を示す。

図４の例に示す測定対象物２０は、金属化ビア７０ａ、７０ｂ、７０ｃがエッチングされているシリコンウェハ１を備える。

これらのビア（または「シリコン貫通ビア」、ＴＳＶ）は、数マイクロメートルから数十マイクロメートルの幅を有する、トレンチまたは孔のような中空構造に対応する。その後、これらの構造は金属を充填される。

これらのビアは、たとえば、構成要素または金属トラックと、後続のプロセスの工程においてウェハ１の外面に追加される他の構成要素との間の相互接続を生成するように意図されている。

これらの相互接続を生成することを可能にするために、ビア７０ａ、７０ｂ、７０ｃをその外面上に見えるようにするために、ウェハ１を薄化する必要がある。この薄化操作は通常、ウェハ１の外面を研磨することによって達成される。

研磨の完了時にすべてのビアが実際に「露呈」しているか否か、すなわち、それらがすべて外面上に見えているか否かを制御することが可能であることが重要である。これによって、研磨厚さを最適化し、研磨の均一性における欠陥および／またはビアの構造における欠陥に関連する任意の欠陥を検出することが可能になる。

この制御は好ましくは、研磨中に迅速に実行されることが可能でなければならない。

それゆえ、本発明によるイメージングデバイスを利用し、補助的な寸法測定システムの使用を必要とすることなく、画像の処理のみに基づくという利点を有する、ビアを制御可能に露呈させるための方法が提案される。

したがって、迅速に、任意選択的に単純化されたシステムを用いて、これらの測定を実行することが可能になる。

物体２０の第１の画像７３が、スペクトル成分が本質的にこの物体２０内に貫入するかまたは透過することができる波長のみを含む（すなわち、物体２０がこれに対して実質的に透明である）照明ビームを用いてこの物体を照明することによって、カメラ２１によって取得される。

この第１の画像７３は、たとえば、スペクトルフィルタ２６によってフィルタリングされる光源２４による、明視野タイプの反射照明を生成するように意図されている第１の照明経路２３を使用することによって得ることができる。これはまた、たとえば、スペクトルフィルタ２９によってフィルタリングされる光源２８による、暗視野タイプの反射照明を生成するように意図されている第２の照明経路２７を使用することによって得ることもできる。無論、フィルタなしに、スペクトル成分が、この物体２０内に貫入または透過することができる波長に制限される光源２４または２８を利用することも可能である。

この第１の画像７３は、ウェハ１の表面にある（すなわち、「露呈」されている）すべての構造またはビア７０ｂ、７０ｃおよびこの表面に近接してまだ埋もれているすべての構造７０ａが存在する画像７１ａ、７１ｂ、７１ｃを含む。波長の選択に起因して、これは、ウェハ１の表面の効果が最小限に抑えられる透過画像である。

スペクトル成分が、物体２０の表面の反射度が高い波長（ここでは可視波長）を含む照明ビームを用いてこの物体を照明することによって、第２の画像７４もカメラ２１によって取得される。

この第２の画像７４は、たとえば、第２のフィルタされていない光源６０による、明視野タイプの反射照明を生成するように意図されている第１の照明経路２３を使用することによって得ることができる。

この第２の画像７４は、ウェハ１の表面に存在する（すなわち、「露呈」されている）構造またはビア７０ｂ、７０ｃの画像７１ｂ、７１ｃのみを含む。

表面の高い反射度に起因して、まだ埋もれている構造７０ａは、たとえそれらが表面に直に近接していても、見ることができない。

物体２０がシリコンを含む事例において、第１の画像は、１マイクロメートルよりも大きい近赤外線の波長を用いて取得され、第２の画像は、可視スペクトルの波長を用いて取得される。

このとき、本発明による方法は、露呈されていない、すなわち、表面に見えていない構造７０ａを識別するために、透過画像７３および表面７４を比較分析する工程を含む。

この比較分析は、たとえば、第１の画像および第２の画像を区分化する工程と、区分化された領域を比較分析する工程とを含む。

ビアを制御可能に露呈させるためのこの方法は、無論、図１に示すような完全な測定システムを用いて実施され得る。

方法はまた、このデバイスが画像の取得を可能にするときに、
スペクトル成分が物体の性質に適している第１の照明ビームであって、上記ビームの光が本質的に上記物体内に貫入することが可能であるような、第１の照明ビームを用いて物体２０を照明することによって、
スペクトル成分が物体の性質に適している第２の照明ビームであって、上記ビームの光が本質的に上記物体の表面によって反射されるような、第２の照明ビームを用いて物体２０を照明することによって、図５に示すようなイメージングデバイスを用いて実施することもできる。

図５に示すイメージングデバイスは、共通の部分については図１に示すような完全な測定システムと同一であることが留意されるべきである。したがって、図１に関連するこれらの共通の詳細な説明全体が、図５のデバイスにも直接適用可能である。

図５に示すものと一致するが、暗視野タイプの反射照明を生成するように意図されている第２の照明経路２７を備えないデバイスを用いてビアを制御可能に露呈させるための方法を実施することも可能である。

無論、本発明は、ちょうど説明された例には限定されず、本発明の範囲を超えることなくこれらの例に多数の調整を行うことができる。

Claims (12)

1. イメージングセンサ（２２）と、前記イメージングセンサ（２２）上で視野内の物体（２０）の画像（７３、７４）を生成することが可能な光学イメージング手段（３４）と、照明ビーム（２５、３０）の生成を及び反射中の前記視野の照明を行う照明手段（２３、２７）とを利用して、前記物体（２０）例えばウェハの表面において、前記物体（２０）内に封入されている構造（７０ａ、７０ｂ、７０ｃ）例えばビアの存在を検査するためのイメージング方法であって、
   第１の照明ビーム（２５、３０）を用いて前記物体（２０）を照明することによって前記物体（２０）の第１の画像（７３）を取得する工程と、ここで、第１の照明ビーム（２５、３０）のスペクトル成分が、前記ビーム（２５、３０）の光が前記物体（２０）内に本質的に貫入可能となるように、前記物体（２０）の性質に適合しているものとし、
   第２の照明ビーム（２５、３０）を用いて前記物体（２０）を照明することによって前記物体（２０）の第２の画像（７４）を取得する工程と、ここで、第２の照明ビーム（２５、３０）のスペクトル成分が、前記ビーム（２５、３０）の光が前記物体（２０）の表面によって本質的に反射されるように、前記物体（２０）の性質に適合しているものとし、
   前記第１の画像および第２の画像（７３、７４）を比較して、前記第１の画像（７３）内に見えるが前記第２の画像（７４）内には見えない構造（７１ａ）を識別する工程と
   を含むことを特徴とする、前記イメージング方法。
2. 物体（２０）例えばウェハの表面において、前記物体（２０）内に封入されている構造（７０ａ、７０ｂ、７０ｃ）例えばビアの存在を検査するためのイメージングデバイスであって、前記デバイスは、
   イメージングセンサ（２２）と、
   前記イメージングセンサ（２２）上で、視野内の前記物体（２０）の画像を生成することが可能な光学イメージング手段（３４）と、
   照明ビーム（２５、３０）の生成を及び反射中の前記視野の照明を行う照明手段（２３、２７）と
   を備え、前記照明手段（２３、２７）が、
   前記ビーム（２５、３０）の光が前記物体（２０）内に本質的に貫入可能となるように、スペクトル成分が前記物体（２０）の性質に適合している前記照明ビーム（２５、３０）を生成し、そして
   前記ビーム（２５、３０）の光が前記物体（２０）の表面によって本質的に反射されるように、スペクトル成分が前記物体（２０）の性質に適合している前記照明ビーム（２５、３０）を生成する、
   ことが可能であることを特徴とする、前記イメージングデバイス。
3. 前記照明手段（２３、２７）は、前記照明ビームの前記スペクトルを、前記物体（２０）内に本質的に貫入可能な波長に制限することができるスペクトルフィルタ（２６、２９）を備える、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記スペクトルフィルタ（２６、２９）は、前記物体（２０）の材料と同一または同様の材料から作成されるプレートを含む、請求項３に記載のデバイス。
5. 前記スペクトルフィルタ（２６、２９）はシリコンプレートを含む、請求項３または４に記載のデバイス。
6. 前記照明手段（２３、２７）はまた、
   前記物体（２０）の前記表面によって本質的に反射されることが可能な第１の波長、および、前記物体（２０）内に本質的に貫入可能な第２の波長を含むスペクトルを有する光を放出することができる光源（２４、２８）と、
   前記照明ビーム内に前記スペクトルフィルタ（２６、２９）を挿入するか、または前記照明ビームから前記スペクトルフィルタ（２６、２９）を引き抜くための切り替え手段と
   を備える、請求項３〜５のいずれか一項に記載のデバイス。
7. 前記照明手段（２３、２７）は、スペクトルが前記物体（２０）内に本質的に貫入することが可能な波長に制限される光を放出することができる光源を備える、請求項２に記載のデバイス。
8. 前記照明手段（２３、２７）はまた、スペクトルが本質的に前記物体（２０）の表面によって反射されることが可能な波長に制限される光を放出することができる第２の光源を備える、請求項７に記載のデバイス。
9. 前記イメージングシステムの光軸（４９）に実質的に平行な照明軸に沿って前記視野内に入射する照明ビーム（２５）を備える、前記請求項のいずれか一項に記載のデバイス。
10. 前記イメージングシステムの前記光軸（４９）と、前記イメージングシステムの開口数を規定する角度（３５）よりも大きい角度を形成する照明軸に沿って前記視野内に入射する照明ビーム（３０）を備える、前記請求項のいずれか一項に記載のデバイス。
11. 前記物体（２０）を通じて、伝送経路内の前記視野を照明するように配置されている伝送経路内の光源（３２）をも備える、前記請求項のいずれか一項に記載のデバイス。
12. 前記イメージングセンサ（２２）は、シリコン基板上のＣＣＤまたはＣＭＯＳタイプのセンサを含む、前記請求項のいずれか一項に記載のデバイス。

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