KR20120085916A

KR20120085916A - 본딩된 기판의 적외선 검사

Info

Publication number: KR20120085916A
Application number: KR1020127015809A
Authority: KR
Inventors: 웨이 조우
Original assignee: 루돌프 테크놀로지스 인코퍼레이티드
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2012-08-01
Also published as: TWI567381B; US20120287263A1; CN102782482A; TWI482961B; WO2011060401A1; TW201520541A; TW201140038A

Abstract

검사 정보를 취득하기 위한 방법 및 장치가 기술된다. 표준 CCD 또는 CMOS 카메라는 적외선 영역 근처에서의 이미지들을 취득하는데 사용된다. 취득된 이미지의 배경 및 잡음 컴포넌트들이 제거되고 신호대 잡음비가 증가하여 검사시에 사용에 적절한 정보가 제공된다.

Description

본딩된 기판의 적외선 검사{INFRARED INSPECTION OF BONDED SUBSTRATES}

본 발명은 일반적으로 기판들의 검사에 관한 것이며, 특히 적외선 방사(radiation)를 이용하는 반도체 기판의 검사에 관한 것이다.

반도체 디바이스들의 전력을 증가시키기 위해서, 그러한 디바이스 내의 구조물들의 밀도를 증가시키는 것이 필요하다. 역사적으로 이것은 디바이스 그 자체의 크기를 축소시킴으로써 행해져서 더 많은 전력이 주어진 공간 내로 내장될 수 있게 되었다. 밀도의 증가를 달성하기 위한 또 다른 수단은, 병렬 프로세싱 동작들을 수행하도록 다수의 프로세서들을 함께 연결하는 컴퓨터에서와 같이, 다수의 그러한 디바이스들을 서로 연결하는 것을 수반한다. 다른 예들에서, 이것은 단일 디바이스로서 함께 패키징되는 다수의 별개의 반도체 디바이스들을 형성함으로써 행해진다. 이러한 유형의 구조물의 일례는 Intel 또는 Advanced Micro Devices로부터 이용가능한 유형의 다중 코어 프로세서이다. 반도체 디바이스들의 밀도를 더 증가시키기 위해 제안된 방법은, (다른 디바이스의 상부 위의 디바이스와 같이) 그러한 디바이스들을 적층하는 것을 수반한다.

반도체 디바이스들을 적층하는 것은, 적층하는 것이 정확하고 정밀하게 행해진다는 것을 보장하는 것이 어렵기 때문에 제조에 있어서의 고유의 과제이다. 적층된 반도체 디바이스들을 서로 전기적으로 연결하고, 적층된 디바이스들이 하우징되는 패키지에 전기적으로 연결하는데 이용되는 본드 패드들, 솔더 또는 골드 범프들, 비아들 등과 같은 전기적 커넥터들은 상당히 작고, 임의의 편차가 문제가 된다. 또한, 반도체 디바이스들의 많은 부분이 불투명하거나 또는 불투명한 기판들 상에 형성되는 구조물들로 커버되기 때문에, 반도체 디바이스들이 정렬되었음을 보장하기 위해 종래의 광학적 검사 및 계측적 시스템들을 이용하는 것은 어렵다.

적층된 반도체 디바이스들의 적절한 정렬을 보장하는 것 이외에도, 적층된 디바이스들을 서로 본딩하는데 이용되는 접착제들이 적절하게 도포되고 경화되었는 지를 보장하는 것은 어렵다. 보이드들(Voids), 크랙들(cracks), 파편(debris) 및 그외의 문제들은 적층된 반도체 디바이스들을 실행불가능하게 하거나 합리적이지 않게 오동작하게 할 가능성이 있다. 그러나 역시, 그 자체가 적어도 부분적으로 불투명할 수 있고, 불투명한 부분들 상에 형성된 구조물들을 가질 수 있는 기판들 사이에 접착제 층이 위치되기 때문에 접착제 층의 검사 또는 계측을 수행하는 것은 어렵다.

적층된 디바이스들의 정렬 및 적절한 접착을 보장하는 문제에 대한 한가지 가능한 해결책은 적외선 조명 및 센서들을 이용하여, 적층된 디바이스들에 대해 검사 및 계측 동작들을 수행하는 것이다. 그러나, 그러한 동작들을 검사 및/또는 계측에 대한 최적의 해결책보다 미흡하게 하는 종래의 적외선 센서들과 연관된 문제들이 존재한다. 이러한 문제점들 중 하나는 매우 비싼 프로세스들을 이용하여 적외선 센서들 및 카메라들이 제조되고, 따라서, 표준 CCD 및 CMOS 카메라들 및 적외선 카메라 사이에 큰 비용 차이가 존재한다는 점이다. 표준 적외선 센서들은 또한, 가정할 수 있듯이, 광의 가시적인 파장들에 선택적으로 감응하지 않고, 따라서 표준 2D 및 3D 검사 애플리케이션들에 있어서 유용성을 감소시켰다.

또한, 현재의 적외선 카메라들은 표준 CCD 및 CMOS 카메라들이 할 수 있는 것과 동일한 레벨의 해상도를 달성할 수 없다. 이것은 더 높은 해상도의 광학이 요구되는 상황을 야기하고, 차례로 광학 시스템에 대해 훨씬 더 작은 시야(field of view)를 야기한다. 본 기술분야의 당업자에게는 용이하게 이해되는 바와 같이, 더 작은 시야는 검사 시스템에 있어서 훨씬 더 느린 처리량을 야기한다.

따라서, 적외선 방사에 민감하고 요구되는 정렬 및 프로세스 편위 검사(process excursion inspection)를 오늘날의 비용을 의식하는 반도체 제조사의 요구를 충족하는 레이트 및 해상도로 수행할 수 있는 이미징 시스템이 요구된다.

도 1은 기판들의 검사를 위한 광학 시스템의 일 실시예의 개략적 예시이다.
도 2는 적층될 기판들의 개략적인 확대 뷰이다.
도 3은 적층된 기판을 개략적으로 예시한다.
도 4는 픽셀당 광 강도의 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 예시적인 단계들의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 예시적인 단계들의 흐름도이다.

이하의 발명의 상세한 설명에서, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예들을, 예시로써 도시하는, 본원의 일부를 형성하는 첨부하는 도면들에 대한 참조가 이루어진다. 도면들에서, 유사한 참조번호들은 몇몇의 도면들에 걸쳐서 실질적으로 유사한 컴포넌트들을 설명한다. 이들 실시예들은 본 기술분야의 당업자가 본 발명을 실시하기에 충분히 상세하게 설명된다. 그외의 실시예들이 이용되며, 구조적, 논리적 및 전기적 변경들이 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 행해질 수 있다. 따라서, 이하의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해져서는 아니 되며, 본 발명의 범주는 첨부하는 특허청구범위 및 그 등가물에 의해서만 정의된다.

본 발명은 적층된 또는 라미네이트(laminate)된 기판 S의 이미지들을 캡쳐하기 위해 그 기판 S의 검사에 유용한 표준 CCD 및/또는 CMOS 카메라의 일반적으로 무시되는 근적외선 감도를 사용하는 것을 포함한다. 검사 시스템(10)의 출력은 적층된 또는 라미네이트된 기판 S의 층들 사이의 적절한 정렬을 보장하고, 층들의 부적합한 본딩, 보이드, 크랙, 파편, 및 기판 S를 형성하기 위한 층들의 적층 프로세스 시에 발생하는 다른 문제들과 같은 프로세스 변화 및/또는 편위들을 위치 조정 및/또는 식별하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같은 검사로부터 얻어진 데이터는 디바이스 제조 툴 및 프로세스를 직접적으로 또는 간접적으로 제어 또는 수정하는 데에 사용되어 그들로부터 얻어지는 후속 기판 및 디바이스들이 초기에 검사된 것들과 상이할 수 있다.

도 1은 검사 시스템(10)에 의한 이미지들의 캡쳐를 용이하게 하도록 수직축 Z에 대해 기판 S를 회전하고 3차원(X, Y, Z)에서 기판 S를 움직이도록 배열된 스테이지(도시되지 않음) 상에서 지원되는 기판(10)을 검사하는 데에 사용될 수 있는 검사 시스템(10)의 일 실시예를 도시한다. 최소한 검사 시스템(10)은 주어진 파장에서, 선택된 파장에서, 또는 파장의 원하는 범위에서 전자기 방사를 지향하도록 구성된 조명기(12) 및 조명기(12)에 의해 제공되는 방사의 적어도 일부를 사용하여 기판 S의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 카메라(14)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 조명기(12)는 빔 분할기(16)에 의해 카메라(14)로부터 기판으로 확장하는 광 경로(15)에 연결된다. 조명기(12)는 플렉서블 광 섬유 타입 운송수단을 통해 빔 분할기(16)로 지향될 수 있고 터닝 미러들(18) 또는 그 외의 유사한 것에 의해 빔 분할기(16)에 공기 중을 통해 지향될 수 있다. 조명기(12)로부터의 방사는 일반 배향에서 샘플 S 상으로 아래쪽을 향해 지향되지만 비스듬한 입사각이 이용될 수 있고 비스듬한 입사각을 가능하게 하기 위해 요구되는 검사 시스템(10)에 대한 임의의 변형도 당업자의 이해 내에 있다는 것이 이해된다.

센서(20)에 입사되는 방사는 기판 S로부터 빔 분할기(16) 및 광 빔 분할기(16')를 통해 카메라(14)로 리턴된 것이다. 광 섬유 혼합 또는 스위칭 디바이스와 같은 다른 광기계식 디바이스들이 또한 조명기(12)를 시스템(10)에 광학적으로 연결시키기 위해 사용될 수 있다. 카메라(14)에서 즉시 이용가능한 CCD 또는 CMOS 센서를 이용하는 것이 바람직하다. 한편 CCD 및 CMOS 센서(20)는 가시적인 파장에서(대략 약 380 nm 내지 약 1000 nm의 범위에서) 이미징을 위해 더 유용한 것으로 일반적으로 간주된다. 일부 CCD 및 CMOS 센서들(20)은 약 1000nm 내지 약 1300 nm의 범위에서의 광의 파장에 민감도를 갖지만, 이 민감도는 더 긴 파장에서는 상대적으로 급격히 떨어진다는 것이 확인되었다. 이 민감도를 사용하는 것은 약 1 마이크로미터 내지 약 1.3 마이크로미터(1000nm - 1300nm)의 파장의 범위에서 적외선 방사를 사용하여 기판 S의 고속, 고해상도 검사를 수행하는 것이 가능하다. 도 1의 블록들(19)은 포커스(focus)하고, 시준(collimate)하고, 및/또는 그렇지 않은 경우 기판 S상에 입사되고 카메라(14)에 리턴되는 방사를 컨디셔닝(condition)하고 쉐이핑(shape)하는데 사용되는 렌즈들과 같은 광 엘리먼트들을 일반적으로 나타낸다.

도 2 내지 3은 적층된 기판 S의 다양한 유형을 개략적으로 도시한다. 본원에 기재된 기판 S는 반도체 디바이스를 형성하는 데에 사용되는 기판들과 관련되지만, 적층된 또는 라미네이트된 기판들의 다른 유형들이 본 발명을 사용하여 다뤄질 수 있다. 적층된 직접 회로 디바이스들은 누군가 추측할 수 있듯이 하나 위에 다른 하나가 적층된 하나 이상의 개별적인 직접 회로 다비이스들로부터 형성될 수 있다. 이것은 일반적으로 개별적인 집적 회로 디바이스들("IC")을 적층하기 보다는 집적 회로 디바이스들이 형성되는 전체 웨이퍼를 적층함으로써 얻어지지만, 이러한 방식으로 개별 디바이스 기반의 적층된 기판 S를 형성할 수도 있다. 도 2는 기판 S1의 후면이 기판 S2의 상면과 접촉하게 배치되는, 하나 위에 다른 하나가 놓여진, 적층 중인 한 쌍의 기판들(S1 및 S2)을 도시한다. 적합한 글루(glue) 또는 접착제가 웨이퍼들을 함께 고정(secure)하기 위해 사용된다. 전술된 바와 같이, 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 기판 또는 IC들이 적층될 수 있다. 도 2에서 뒤에서 앞으로의 적층이 도시되었지만, 적절한 전기적 연결 및 패키징이 허용된다면, 도 3에 도시된 바와 같은 서로 마주보는(face to face) 배열 또는 백투백(back to back)(도시되지 않음) 배열이 또한 가능하다.

이해되는 바와 같이, 도 2 및 도 3에서 도시된 기판들 S1과 S2 사이의 본딩을 검사하기는 어려울 수 있다. 그러나, 카메라 센서(20)가 실리콘이 더 또는 덜 투명한 적외선 광의 파장에 민감하기 때문에, 기판 S1과 S2 사이의 본딩은 광학적으로 검사될 수 있다. 검사 시스템(10)을 사용하여, 카메라(14)가 민감한 적외선 방사를 포함하는 방사가 기판 S 상에 입사된다. 기판 S가 적어도 부분적으로 투명하지 않은 모든 방사를 제거하도록 조명기(12)와 빔 분할기(16) 사이에서 또는 기판 S와 카메라(14) 사이에 필터(도시되지 않음)가 설치된다. 이 필터는 바람직하게는 선택가능하며 기판 S가 적어도 부분적으로 투명하지 않은 방사를 필터링하거나 다른 파장의 광대역 또는 선택된 방사의 사용을 가능하게 하도록 설치 또는 제거될 수 있다. 그러므로 일부 실시예들에서, 적층된 또는 라미네이트된 기판 S가 검사되어야 할 때, 약 1.0 마이크로미터와 1.3 마이크로미터 사이의 파장을 갖는 방사가 사용될 수 있다.

기판 S 상에 입사되는 방사는 카메라(14)에 리턴되고 그것은 이미지를 형성하기 위해 센서(20) 상에 입사된다. 이 이미지는, 유용한 출력들을 제공하고 및/또는 기판 S 및 그 위에 형성되는 IC들의 제조의 양태들을 직접적으로 또는 간접적으로 제어하도록 그러한 이미지들을 수집하고 처리하기 위해 필수적인 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어를 구비하는 제어기에 패스된다.

도 4는 센서(20)에 의해 센싱된 광의 강도를 픽셀별로 개략적으로 예시한다. 도 4는 단지 예시적일 뿐이며, 실제 데이터를 나타내지 않을 수 있다는 것에 유의한다. 일 실시예에서, 센서(20)는 0과 255 사이의 그레이스케일 출력을 제공할 수 있다. 다른 실시예들에서, 센서(20)는 컬러 이미지 정보를 RGB 또는 임의의 다른 적합한 컬러 방식으로 제공할 수 있다. 단순함을 위해, 본 발명은 기판 S를 나타내는 이미지의 각각의 픽셀이 0과 255 사이의 그레이스케일 강도 값을 갖는 실시예로서 설명될 것이다.

도 4의 그래프의 상부 라인(80)은 픽셀들 각각의 총 강도를 나타낸다. 이 강도 값은 다수의 컴포넌트들을 가지며, 이들 중 일부만이 본원에 상세하게 설명될 것이다. 그래프의 최하위 라인은 센서(20) 자체에 의해 픽셀 값들에 도입되는 잡음을 나타낸다. 이 잡음은 본질적으로 랜덤한 경향이 있지만, 그것의 진폭은 마진(margin) 내에서 예측 가능한 경향이 있다. 그래프 상의 하부 라인(82)과 중간 라인(84) 사이의 공간은, (카메라(14)에 가장 근접한) 기판의 상부 표면(30) 및 기판의 하부 표면(32)으로부터의 반사, 및 기판 S 자체 내에서의 원치 않는 산란에 의해 야기되는 각각의 픽셀의 총 강도를 나타낸다. 적층된 또는 라미네이트된 기판 S에서는, 적층된 기판들(S1 및 S2) 사이의 영역 또는 볼륨에 대해 검사를 포커스하는 것이 종종 바람직하다. 이 볼륨(34)은 회로 또는 비아들(vias)과 같은 구조물들, 또는 기판들을 함께 간단히 본딩하는데 사용되는 접착제를 포함할 수 있다. 약 1.0 마이크로미터와 1.3 마이크로미터 사이의 방사 파장을 사용하는 경우, 광의 현저한 부분이 기판 S1의 상부 및 하부 표면들(30, 32)로부터 센서(20)로 다시 반사될 것이다. 더욱이, 입사 광의 일부가 기판 S1 내에서 산란될 것이며, 산란된 광 중 일부는 센서(20)로 되돌아갈 것이다. 상부 라인(80)과 중간 라인(84) 사이의 그래프의 면적은, 검사 중인 볼륨(34) 내의 구조물들, 접착제들 등으로부터 반사되거나 또는 산란되는 입사된 방사의 그 일부를 나타낸다. 총 신호 중 이 부분의 특성들은 관심 구조물들로부터 도출되므로, 그것은 검사의 목적을 위한 관심 부분이다.

IR 파장 근처에서 표준 CCD 및 CMOS 카메라들을 사용할 때의 어려움은, 총 신호 중 관심 부분이 신호의 배경 부분에 비해 작으며, 종종 센서(20) 자체에 의해 도입되는 잡음의 양에 필적한다는 것이다. 따라서, 총 신호의 배경 부분을 제거하고, 남아 있는 이미지의 신호대 잡음비를 개선할 필요가 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예의 기본적인 접근법의 흐름도이다. 단계(40)에서, 기판 S가 조명되고 이미지가 캡쳐된다. 단계(42)에서, 기준 이미지 또는 값이 단계(40)에서 캡쳐된 이미지로부터 빼져서 중간 이미지가 형성된다. 이는 아래 설명될 것과 같이 수학적으로 또는 광학적으로 행해질 수 있다. 단계(44)에서, 중간 이미지의 신호대 잡음비가 부스트되어, 기판 S의 볼륨 또는 영역(34)의 검사를 위해 사용될 수 있는 최종 이미지를 형성한다. 일 실시예에서, 단계(40)의 일부 또는 전부는, 검사 시스템(10)에 연결된 컨트롤러에서 동작하는 소프트웨어에 의해 수행될 수 있다는 것을 유의한다.

전형적으로, 단계(44) 전부는 컨트롤러 상에서 수행될 것이지만, 일부 실시예들에서, 신호대 잡음비를 부스트하기 위해 요구되는 능력들(하드웨어 및/또는 소프트웨어) 중 일부가 카메라(14)에 제공될 수 있다.

일 실시예에서, 기준 이미지/값의 준비가 도 6에 도시된 것과 같이 수행된다. 단계(50)에서, 기판 S가 놓여 있는 스테이지가 구동되어, 카메라(14)의 시점이 기판 S의 "공백" 스팟을 어드레스하도록 한다. 공백 스팟은 기판 S의 개별적인 층들(S1 및 S2) 사이의 볼륨(34) 내의 구조물의 상대적 부재(lack)를 특징으로 한다. 이 경우, 볼륨(34) 내의 구조물들로부터 반사되는 또는 산란되는 광량은 매우 적거나 또는 심지어 실질적으로 제로일 수 있으며, 따라서 배경 및 잡음 신호들의 결합된 진폭이 공지될 수 있다. 선택적인 단계(52)로서, 하나 이상의 "공백" 스팟들의 복수의 이미지들을 캡쳐하고 이러한 이미지들 각각의 픽셀 값들을 합할 수 있다. 이러한 이미지들 각각에 존재하는 잡음은 주어진 진폭보다 위아래로 변하는 경향이 있으므로, 합해진 픽셀 값 중 잡음과 연관되는 부분은 천천히 증가하는 반면, 배경의 지속적으로 양인 합해진 픽셀 값들은 선형적으로 증가하여, 신호대 잡음비를 증가시킨다. 부정합(mismatch)된 이미지 및 기준 값들을 피하기 위해, 합해진 값들은 검사 목적으로 취득한 기판 S의 이미지를 이용하여 정상화되어야 한다는 것에 유의한다. 일 실시예에서, "공백" 스팟은 실제로 검사 중인 기판 S 상의 몇몇의 적합한 위치들일 수 있으며, 공백 스팟들로부터 취득한 이미지들 각각은 기준 이미지/값을 생성하기 위해 상술한 것과 같이 합해진다. 이 공백 스팟들은 검사 시스템(10)의 사용자 인터페이스를 통해 일하는 사용자에 의해 수동으로 선택될 수 있거나, 또는 사용자에 의해 입력된 기준에 기초하여 검사(10)에 의해 자동으로 선택될 수 있다. 기판들 S는 크기, 모양, 즉, 유형, 재료 등에서 서로 상이할 수 있으므로, 무엇이 기준 이미지/값의 형성을 위해 적합한 공백 스폿을 구성하는지에 대한 기준 또한 가변적이다. 매우 기초적인 레벨에서, 검사 시스템의 출력은 선호도 및 상황들에 기초하여 변할 수 있으므로, 기준 이미지/값을 생성하기 위해 적합한 공백 스폿을 구성하는 것은 시스템의 사용자가 결정하는 것이 적합한 결과를 제공한다는 것이다. 더 객관적인 접근법은, 검사 결과를 생성하기 위해 이미징되고 사용되는 후보 면적들 또는 공백 스팟들의 수를 선택하는 것을 포함할 수 있다. 공백 스팟들 중 선택된 것들 또는 선택된 것들의 세트를 기준 이미지로서 사용하는 것을 최적화 또는 스코어(score)하거나, 또는 기준 값 또는 모델을 생성하기 위해 가치있는 적합한 수가 선택될 수 있다.

다른 실시예에서, 기준 이미지/값의 생성을 위해 이미지들을 캡쳐하기 위해, 테스트 중인 기판 S를 사용하는 것보다는 개별적인 적층되지 않은 또는 라미네이트되지 않은 기판 S가 사용될 수 있다. 예를 들어, 적층된 기판 S 대신에, 단일 두께 실리콘 웨이퍼가 적층된 또는 라미네이트된 기판 S의 상부 층 S1과 유사한 상부 표면, 하부 표면, 두께, 및 광학 특성들을 갖는 이상, 그 웨이퍼가 사용될 수 있다.

도 6과 함께 기술된 프로세스가 사용되는 곳에서, 이미지 빼기(subtraction) 프로세스가 사용될 수 있고, 기준 이미지의 픽셀 값들은 검사 이미지의 대응하는 픽셀 값들로부터 직접 차감된다. 이것은 컨트롤러에서 수학적으로 발생할 수 있고, 또는 카메라(14)에서 논리적으로(또는 수학적으로) 발생할 수 있다. 결과적인 중간 이미지는 볼륨(34)에서의 검사하에 있는 구조물들에 대해 훨씬 개선된 신호대 잡음비를 가져야 한다.

중간 단계로서, 종종 검사 시스템(10)의 사용자에게 출력을 제공하는 것이 바람직하다. 그러나, 종종 중간 이미지들이 사용자 리뷰를 위해 감마 보정되어야 할 경우가 있다. 이러한 프로세스는 상당히 잘 이해되지만, 사용자가 출력 또는 리뷰 목적을 위해서만 중간 이미지들을 감마 보정하는 것을 선택할 수 있거나 또는 중간 이미지들이 그들의 감마 보정된 상태에서 더 처리될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이러한 단계는 선택적이다.

양 경우에서, 더 좋은 품질의 최종 이미지들을 생성하기 위해 중간 이미지들의 신호대 잡음비를 개선하는 것이 바람직하다. 함께 취해진 중간 이미지들은 검사될 기판 S 모두를 실질적으로 포함할 것이라는 것에 유의한다. 따라서, 중간 이미지들 각각은 신호대 잡음비를 개선하도록 다루어진다. 전술된 단계(52)와 유사한 일 실시예에서, 잡음으로 인한 것과 대조적으로 실제의 구조물로부터 야기되는 이미지의 부분을 증가시키기 위해 복수의 중간 이미지들이 캡쳐되고 합쳐진다. 일 예시들에서, 영역 스캔 카메라(14)는 복수의 검사 이미지들을 신속하게 취득하기 위해 스트로빙 조명기(12)와 함께 사용되고, 복수의 검사 이미지들 각각은 기준 이미지/값의 애플리케이션에 의해 상기 단계(42)에서 기술된 바와 같이 수정된다. 후속하여, 복수의 대응하는 이미지들은 합쳐지거나 또는 그렇지 않은 경우 결과적인 최종 이미지의 신호대 잡음비를 증가시키기 위해 결합된다. 최종 이미지 픽셀 값들은 적절한 이미지 처리를 보장하기 위해 중간 이미지들 및 기준 이미지/값에 대해 정규화된다는 것에 유의한다.

다른 실시예에서, 연속 스캔 검사 시스템(10)은 기계식 또는 전자식 셔터를 이용하여 연속적으로 이동하는 기판 S의 움직임을 정지시키는(freeze) 카메라(14)와 함께 동작하는 연속 조명 조명기(12)를 갖는다. 상기와 같이, 검사 시스템(10)의 복수의 패스는 기준 이미지/값의 애플리케이션에 의해 후속하여 처리되는 검사 이미지들의 필요수를 취득할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 카메라(14)가 시판(14)를 오버샘플링하고 복수의 오버샘플링된 이미지를 이용하여 필요한 검사 이미지들을 취득하는 중에, 검사 시스템(10)의 단일 패스가 (스트로브 또는 연속 조명 중 어느 하나를 이용하여) 행해진다. 본 발명의 다른 실시예에서, 영역 스캔 카메라(14)는 기판 S를 오버샘플링하기 위해 TDI 라인스캔 카메라의 모드와 유사한 모드에서 사용된다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 TDI 또는 라인스캔 카메라들(14)은, (단일 카메라(14)가 사용되는) 복수의 패스에서 또는 (복수의 카메라(14)가 사용되는) 단일 패스 중 어느 하나에서 기판 S의 검사 이미지들을 캡쳐하는데 사용된다. 전술된 실시예들 중 임의의 실시예에서, 검사 이미지들을 중간 이미지들로 처리하는 것 및 중간 이미지들을 최종 이미지들로 처리하는 것은 정보가 수집될 때 연속적으로 발생할 수 있고, 또는 실제 검사(이미징)가 완료된 후에만 컨트롤러에 의해 실행될 수 있다는 것에 유의한다. 추가의 처리는, 검사 시스템(10)에 국한된 컨트롤러에 의해 또는 검사 시스템(10)의 외부에 부분적으로 또는 전체적으로 분포된 컨트롤러에 의해 수행될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 중간 이미지를 생성하기 위해 기준 이미지/값의 차감 대신에 주파수 도메인 필터링이 사용된다.

주파수 도메인 필터링은 배경 신호에 대한 수학적 값을 획득하기 위해 빈 공간의 기준 이미지 상에 푸리에 변환을 수행함으로써 수학적으로 행해질 수 있다. 주파수 도메인 필터링은 또한 푸리에 변환(Fourier Transform) 분석에 의해 결정되는 적합한 형상 및 크기의 동공(pupil) 또는 마스크가 검사 시스템의 후초점면(back focal plane)(17) 내에 배치되는 광학적 수단에 의해 행해질 수 있다.

후초점면(17)에서의 마스크 또는 동공은 배경 신호에 기여하는 그러한 광선들이 카메라의 센서(20)에 항상 도달하는 것을 간단히 막는다. 센서(20)의 성능이 시간이 지남에 따라 변하기 때문에, 또는 기판 S의 본질이 변하기 때문에, 후초점면에서의 동공 또는 마스크를 수정하는 것이 필요할 수 있다는 것에 유의한다. 이것은, 용이하게 제거되고 재설치될 수 있는 투명 슬라이드 상에 마스크를 형성함으로써 달성될 수 있다.

대안적으로, 후초점면에 전기 영동(electrophoretic) 디스플레이를 배치하는 것이 가능할 수 있다.

전기 영동 디스플레이는 불투명하게 되도록 만들어질 수 있는 전기적으로 제어가능한 픽셀들을 포함하는 투명 플레이트이다. 이 현상은 종종 전자 잉크로서 칭해진다. 어느 경우에서든, 전기 영동 디스플레이는 마스크에서 요구되는 변화들을 제공하도록 즉석에서 수정될 수 있다.

신호 대 잡음비를 증가시키는 것 외에, 필요에 따라, 블러링(blurring) 프로세스 단계가 검사 이미지들, 기준 이미지/값, 및/또는 중간 또는 최종 이미지들로부터 랜덤, 단일 픽셀 잡음을 더 제거하기 위해 선택적으로 행해질 수 있다.

결론

본 발명의 특정 실시예들이 본원에 예시되고 설명되었지만, 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자는, 동일한 목적을 달성하기 위해 계산되는 임의의 배열이 도시된 특정 실시예들을 대체할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 본 발명의 많은 개작물들이 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명확할 것이다. 따라서, 본 명세서는 본 발명의 임의의 개작물들 또는 변형물들을 포함하도록 의도된다. 본 발명이 이하의 청구항들 및 그의 균등물들에 의해서만 제한된다는 것이 명백히 의도된다.

Claims

실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법으로서,
상면과 바닥면을 갖는 기판을 상기 기판이 적어도 부분적으로 투명한 방사(radiation)로 조명하는 단계;
상기 기판이 적어도 부분적으로 투명한 조명 방사를 센서로 센싱하여 이미지를 형성하는 단계 - 상기 이미지의 적어도 일부분은 상기 기판의 위쪽 면과 바닥면 중 적어도 하나로부터 리턴되는 방사를 포함하고, 상기 이미지의 적어도 다른 일부분은 상기 센서에 대하여 상기 기판의 상기 바닥면에 또는 상기 바닥면 너머에 위치한 구조물로부터 리턴되는 방사를 포함함 - ;
상기 이미지로부터, 상기 기판의 위쪽 면 및 아래쪽 면 중 적어도 하나로부터 리턴되는 방사를 나타내는 이미지 기준을 빼서 중간 이미지를 형성하는 단계; 및
복수의 중간 이미지를 합하여 검사에 적합한 상기 실리콘 기판의 최종 이미지를 생성하는 단계
를 포함하는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 센서는 CCD 및 CMOS 카메라 중 하나인, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 기판이 적어도 부분적으로 투명한 상기 방사는 대략 1 마이크로미터 내지 1.3 마이크로미터의 파장을 갖는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 센서를 선택적으로 사용하여 가시적인 파장들을 사용하는 실리콘 기판의 검사를 수행하는 단계를 더 포함하는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제1항에 있어서,
약 1 마이크로미터보다 작은 파장들을 갖는 방사를 생략하는 필터가 조명기에 제공되는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제5항에 있어서,
상기 조명기 내의 상기 필터는 광대역이거나 또는 필터링되는 것을 선택적으로 허용하도록 이용될 수 있는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 이미지 기준은 상기 실리콘 기판의 기준 위치의 적어도 하나의 이미지를 캡쳐함으로써 형성되는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 이미지 기준은, 상기 센서에 대하여 상기 기판의 바닥면에 또는 상기 바닥면 너머에 위치한 구조물을 갖지 않는 상기 실리콘 기판의 기준 위치의 적어도 하나의 이미지를 캡쳐함으로써 형성되는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 이미지 기준은 상기 실리콘 기판에 광학적으로 유사한 물질로 형성되는 기준 기판의 적어도 하나의 이미지를 캡쳐함으로써 형성되고,
상기 기준 기판은 위쪽 면 및 아래쪽 면을 갖고 상기 센서에 대하여 상기 기판의 바닥면에 또는 상기 바닥면 너머에 위치한 구조물을 갖지 않는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제1항에 있어서,
중간 이미지는 감마 보정되는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제9항에 있어서,
각각의 중간 이미지는 합해지기 전에 감마 보정되는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 최종 이미지는 감마 보정되는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 최종 이미지는 개별적인 픽셀 잡음을 제거하기 위하여 블러링되는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 이미지 기준은 상기 센서에 의해 센싱되는 상기 이미지의 푸리에 변환(Fourier transform)으로부터 얻어지는 주파수 도메인 필터인, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제1항에 있어서,
주파수 도메인 필터는 광학 시스템의 후초점면에 배치된 물리적 마스크를 포함하는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제1항에 있어서,
주파수 도메인 필터는 픽셀별로 상기 센서에 의해 센싱되는 상기 이미지에 수학적으로 적용되는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제1항에 있어서,
검사 데이터는 상기 실리콘 기판 내의 결함들을 식별하기 위해 사용되는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 실리콘 기판 내의 결함들은 칩(chip)들, 크랙(crack)들, 보이드(void)들, 입자들 및 치수 편차(dimensional deviation)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제1항에 있어서,
프로세스 편위(excursion)들을 식별하고, 프로세스 편위들을 정량화하고, 프로세스 변수들을 수정하여 후속적으로 처리되는 실리콘 기판들을 수정하기 위해 검사 데이터를 사용하는, 실리콘 기판으로부터 검사 데이터를 캡쳐하는 방법.
제18항에 따라 형성된 실리콘 기판으로부터 형성된 반도체 디바이스.
검사 데이터를 캡쳐하기 위한 이미징 시스템으로서,
대략 1 마이크로미터 내지 1.3 마이크로미터의 적외선 파장들 및 가시적인 파장들에서의 방사에 민감한 센서를 갖는 카메라; 및
기판 상으로 상기 카메라 센서가 민감한 방사를 지향시키기 위한 조명기 - 상기 기판은 위쪽 면, 아래쪽 면, 상기 카메라의 위치에 대해 상기 기판의 상기 아래쪽 면 또는 상기 아래쪽 면 아래에 관심있는 구조물이 형성된 적어도 하나의 영역을 갖고, 상기 조명기로부터의 방사의 적어도 일부분은 상기 기판의 위쪽 면으로부터 상기 카메라로 리턴되고, 상기 조명기로부터의 방사의 적어도 다른 부분은 상기 기판의 아래쪽 면으로부터 리턴됨 -
를 포함하는 시스템.