TW200539489A - Method and apparatus for imaging and inspection of semiconductor devices using solid state illumination - Google Patents

Description

200539489 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上有關於一種使用固態照明對半導體元件 加以成像和檢視的方法和設備。 【先前技術】 半導體工業不斷地在製程上革新。這種革新已產生並 可能會不斷發展出新的結構及新的半導體元件。更特別 _地，這種革新已帶領半導體製造從（a)在單一半導體基板頂 部處或其内所實質配置的大平面層中具有主動式電路，朝 向（b)在新基板或各基板相結合者之内，包含二或更多結合 或堆疊的基板之間，於各層丨中之一或更多處提供主動式 電路。這種革新已產生例如微機電系統（MEMs)、微光機 電系統（MOEMS)、絕緣體上石夕（s〇I)元件及發光二極體（led) 的各種半導體元件。 半導體工業的製造革新大致上伴隨著測試和品質控制 的革新。在測試和品質控财，辨識特定晶片/晶圓内缺陷 所使用的各種工且及方、、表 八 /也大致上對製造（例如，增加良 率的製程控制）及可靠柯,么丨， D #丨(例如，預測並協助控制此領域產 口口的失敗參數）的改進有所貢 _ 、罗^_1 所貝獻。廷類工具及方法除此之外 還針對半導體元件加以成傻 π 成像及檢視，尤其是有關這些元件 的+導體結構。因此，當 X k革新產生新的半導 工具及方法上的革新大勤e十 卞守筱、ο稱吋 加以成像並檢視。 了、頰、、〇稱 4 200539489 、同對方、在單一半導體基板表面處或附近實質具有主 動式電路的傳統半導體元件所期待的，使用傳統成像及檢 視纟/、和方法。迫些工具及方法可對實質位在例如晶圓 表面約200埃内的晶圓表面處或附近的特徵加以辨識。顯 然地，這 4b I 1 u ne、+ a > · ▲ 一 /、及方法具有搭配將欲成像或檢視的該些結 構的能力。

關於傳統式半導體元件，新的半導體元件大致上需要 新的工具及方法以對該元件結構的相關特徵（包括各種狀況 及缺陷)加以成像和檢視。然而，這些相對關特徵可能不位 在該基板表面或其附近。實際上，結合或堆疊的基板内的 這些相關特徵易位在該些結合或堆疊層的内部(例如，在介 面層裡，包含著該結合本身的特性卜如此，針對這些及其 :新的半導體元件而言，若使用上述傳統工具及方法來執 行，傳統的成像及檢視大致上具有效率不足或甚至無效的 傾向。 已發展出的工具及方法可對上述半導體元件的結構相 關特徵加以成像和檢視。為了說明，存在著對具有結合或 堆疊基板的半導體元件或以結合或堆疊材料為基礎的其它 結構加以成像和檢視的工具及方法^這些工具及方法包含 使用錢管所提供的紅夕卜光的高放大倍數光學元件的紅： 線顯微鏡檢查；x射線成像術；及超音波成像術。 這些工具及方法中，超音波成像術最為普遍。它必需 將-晶圓置於一液體槽中’施加一超音波信號並使用超： 波射擊測量以建構該晶圓結合完整性的映像圖。雖缺： 6 礞 200539489 遍，但超音波成像術具有一些缺點。這些缺點包 該 液體槽浴對電子製造環境具有不利傾向’·它不只是押加上 述步驟，同時也在可進行製造前引人額外的步驟（例如清潔 並乾燥該晶圓且它只能檢視晶圓結合缺陷，使得盆它相 =:或缺陷要使用額外的成像/檢視工具及/或方法來辨 :亥：超音波成像的缺點不出現在紅外線顯微鏡檢查 〇第1圖所不，紅外線顯微鏡檢查典型地必需使用一 =其它燈泡光…配適當的紅外線高通滤 ，用以產生紅外光。提供該紅外光以透過一光纖導 :及-鏡頭㈣3來照射物件5Q。在此架射，該紅外 ^透過該鏡頭^ 3内部的分光器導引至物件Μ。受導 光大致上係在不同強度下被物件5〇反射回來(例 、尚二二半導體兀件的結合特性及其它結構特徵而定)，透 糸統3到達一紅外線照相機Μ以捕捉影像。透 像’可執行測試和品質控制，例如，檢視相關的 /已括辨識各種狀況並债測例如結合或相鄰層中的缺 〇 …2紅外線顯微鏡檢查提供具有結合或堆疊基板的半導 ::之成像和檢視時，顯微鏡檢查也是具有缺點。舉例 跨包含紅外線在内的—3::頁：=，其提供的光線橫 田一 4、， 莧廣的頻谱。為了提供紅外光而使 置的：：的濾光片。舉另一例來說’以傳統顯微鏡檢查配 4紅外線照相機係為或利用例如-光導攝像管照相 7 200539489 機申化鎵偵測器、微幅射熱測定器、或其它科學性、 :〆業、、及的科技，相較於主流固態成像元件（例如，在 :"商中廣泛銷售給一般消費者的消費者數位式靜態照相 2 —子中所使用的標準式、消費級、以矽為基礎的電荷耦 :兀件（CCD)或互補式金屬氧化物半導體（CM〇s)影像感測 的）士上述科技在發展、製造及使用技術上具有更複雜傾向， 同時也具有較少量且較高成本生產的傾向。 因此，期待具有可廣泛地對所選的半導體元件結構的 2種相關特徵加以成像及檢視的工具和方法。另外，期待 具有可對所選的半導體元件結構的相關特徵加以成像及檢 視的工具和方法，尤其是這類結構和相關特徵並未放置在 該元件表面或其附近時。 【發明内容】 一本發明提供工具和方法，其可廣泛地對所選的半導體 φ兀件結構的各種相關特徵加以成像及檢視。 本發明也提供工具和方法，其可對所選的半導體元件 、、、口構的相關特徵加以成像及檢視，尤其是這類結構和相關 特徵並未放置在該元件表面或其附近時。本發明也提供工 具和方法，其可對所選的半導體元件結構的相關特徵加以 成像及檢視，其中這類相關特徵是與各結合或堆疊層有關 (例如在結合或堆疊基板的介面層或結合本身之中）或與其 它結合或堆疊材料有關。 本發明也提供具有增強型輻射源，尤其是紅外線輻射 200539489 勺$方法。這類光源被各式各樣地增強，包含例如關 、幸田射波長的選擇（包含其中例如隨著時間的變化）、準直 :控制及品質(以及所選與其相距的偏移，包含該偏移係為 皮長函數）相干性的控制及品質（以及所選與其相距的 偏移）、強度控制（例如，所選的其中的變化，包含該變化 系為波長函數）、工作週期控制（例如，從脈衝式至連續 式l 3 4工作週期係為一波長函數）、以及該光源及/或 它的輻射線的其它特性。 、六本：明也提供工具和方法，其根據或使用科學級及，或 主流固態成像s件任—者或兩者來利用紅外線照相機。 本《月也提供工具和方法，其可對一所選半導體結構 中：選相關特徵加以成像的紅外線波長而麵接一光源及一 固悲成像7L件，以使該光源可提供這類紅外線波長，而該 成像元件並適當地回應這類波長。在本實施例中，不僅是 :;偵測這類特徵的能力’也基於穿透整個半導體結構的 籲能力來選擇該紅外線波長。甚至，在本實施例中，該成像 兀件較佳地也具有足夠的解析度以正確地將欲成像的狀況 或缺加以成像。在本實施例中，光源較佳地係可提供這 ϋ線波長，例如，⑷至少在—些所選時間及/或一所 選時期下提供給排除在外的其它波長，及⑻提供所選擇包 含關於強度、準直等等的特性。 本發明也提供工具和方法，其可對一所選半導體結構 :所選相關特徵加以成像的輕射波長而搞接一光源及一固 您成像元件（例如，根據這類元件的照相機），以使該光源 9 .200539489 可k供這類波長，而該成像元件並適當地回應這類波長。 在本實施例中，不僅是基於偵測這類特徵的能力，也基於 牙透整個半導體結構的能力來選擇某些波長，例如紅外線 波長甚至’為了能夠或增強成像和檢視，所選波長可同 時或分次包含可見光、紅外線及/或紫外線光譜其中之一或 更多者之間的波長或波段的結合。在本實施例中，該成像 元件較佳地也具有足夠的解析度以正確地將欲影像化的狀 況或缺陷加以成像。本實施例也考慮到一或更多成像元 件，其中，每一成像元件可根據例如個別元件對這類波長 的感光度及/或對欲成像的特徵的解析能力來調整到特定波 長或波段。在本實施例中，光源較佳地係可提供這類紅外 線波長，例如，（a)至少在一些所選時間及/或一所選時期 下提供給排除在外的其它波長，及⑻提供所選擇包含關於 強度、準直等等的特性。 、

、能量及 材料（及相關的帶隙能量； 結構可具有包含典型大小 苓數的特徵；（b)輻射波長 ’（b)輻射波長或波段係根據這類材料

輻射特性（包含有關強度、 向、成像元件的光譜反應來做選 源’其能夠提供所選波長、控制 準直、無準直、脈衝產生等等）， .200539489 蠓 並以相對於該半導體結構的適當方向（例如，各種角度及位 置，包含從該結構背面)傳送該輻射；⑷選擇一鏡頭系统 以傳送所選波長至該成像元件，並將該鏡頭成像能力匹配 於该成像元件的攝影能力（例如兮於 月b刀（例如，忒鏡碩可解析等於或小於 該成像元件所解析的特徼大1的久括 吁倣大小的各種大小特徵），以將該些 特徵正確地成像；以及（e)嗜成德 1 4成像7^件可根據相對於該所選 波長的足夠感光度並具有足以醢纟 ，疋以解析該些成像的特徵的感測 胞格大小及數量，以及正確地值 啤地傳适所選擇的輻射以補抓該 些特徵的影像。為了說明，舍奸播 田根據將該所選波長指至該結 構背面的輻射方向加以成像時，該輕射源較佳地提供可被 傳送以穿透整個該欲成像結構且波長為欲憤測特徵之相關 尺寸的一半或少於一半的紅外線波長。甚至，該輕射源較 佳地⑴提供該些所選波長（例如，在適當強度下持續-段充 足的時間）以使該成像元件根擔 根據该些所選波長補抓該影像， 也就是，儘管該元件相對於這類 貝渡長的不感光，在（H)排除 所有其它波長以使該成像元件咸Μ 牛感測胞袼不會因這類其它波 長而電性飽和。 ' 這些及其它實施例係更绛、+、# 平述於下列詳細說明及該些圖 形中。 一 前述並非要徹底述盡本取 h X月所有貫施例及特徵。凡是 熟知此項技術之人士可自下而丨_ i 1 〜砰述中搭配該些圖式來了解 其它實施例及特徵。 Λ + ί解 【實施方式】 11 .200539489 本發明代表性實施例係示於第1·19圖中，且 _ 特徵分享共同參考號。 類似 固態成像元件 固態成像元件（例如，各種電荷耗合元件（CCDS)或互 型金屬氧化物半導體（CMOS)影像感測器）已發展出： 入射輪射並（b)在這類人㈣射係代表_影像的情形 這類影像。這些成像元件對應並據以執行半導體及入奸 射之間已知的物理關係’此關係大致上提供光子與石夕間J 互動以產生電荷。雖已知，該關係為牽涉到包含該入射光 波長、所涉及的半導體材料及該半導體材料掺雜（例如，掺 雜物”農度及這類掺雜的維度分佈）之各種因素的一相對岸 ==。對該紅外線光譜中所選波長而言，本關係提； +導體材料多多少少可傳送入射輻射。 在本關係中，所涉及半導體材料的帶隙能量顯著地顯 現。本帶隙能量為一常數。大致上，本帶隙能量代表一電 子跳越_能_如’從—共價帶至該傳導帶）所需要的最 小能量。對於該特定半導體材料而言，本帶隙能 列公式：

Ee(材料）=he /入 其中’ h為浦朗克（Plank)常數，e為光在真空中的速率， 而久為入射輻射的波長。 用於成像4，上述公式可被重述以說明如下列入射 輕射的每一個半導體材料的臨界波長： λ c > he / Ee(材料） 12 •200539489 此重述的公式可用來決定在一特 ^ U U m A < /皮長光子與一特定半導 版材枓原子的碰撞中是否可能有 導 轨道t + M Μ & t 何電子因為該些光子與 軌“子間的反應而從該共價帶受激至 定材料的臨界波長又，上，入射輕射的光子a不特 樣激發一電子，因此該些光子是不 疋〃可迠沒 — 此產生攝影用的電 :二反之’當一特定半導體材料遭受m短(也就是， u超過輯料帶隙能量的能量）波長的入射輻射時 子與該些材料原子的碰撞很可能將共價帶電子激發 導帶。 寻 當入射輻射超過一材料臨界波長λe時，該些輻射光子 不是深深刺入就是完全穿透該材料。下面表格丨列出各種 材料中每一個的帶隙能量及臨界波長（使用這類能量來計 算）。從本表格中可知例如鍺、矽及砷化鎵之典型基板材料 其特徵係在於該紅外線光譜中的臨界波長，尤其是近紅外 線光譜。 表格1 材料 帶隙能量(電子伏特） 臨界波長(微米） 鍺 0.67 ------- 1.85 矽 1.1 1.127 砷化鎵 1.4 0.886 石西化鑛，η 1.7 0.729 — 磷化鎵 ^ 2.25 0.551 硫化録，η 2.4 0.517 — 硫化鋅，η 3.5 0.354 ^ •—--—

下面表格2係代表入射光子可刺入一典型以秒為基礎 13 •200539489 的深度。從本表格中可知光…及其它 相依:=中的穿透能力（及相反地，吸收能力）係與波長 Α ，隨者入射輻射進一步進入該紅外線光譜時， ☆頃向於更深地刺入該半導體材料中。也就是，在 癌、成像元件Φ ^ e z , u 、 ’較長紅外線波長的光子可更深地刺入該车 導體材料巾。—# 4 Μ干 ^ 在牙透能力超過該元件基板厚度的情形下，

、幸田射可牙透整個基板及元件。然而，要注意，一 穿透 $ —以石夕為基礎的電荷耦合元件或其它固態成像元 、中的/衣度（及相反地，吸收能力）也會視該光子沿途中所 、〗的其匕結構（例如，純化層、氧化物層、金屬及多晶石夕 連層、擴散層、主動層保護元件、保護窗口等等）而定。 表袼2

14 .200539489 如一所述地，當一 ' l 中m 先子被—固態成像元件所吸收時， 產二，將共價帶電子激發至該傳導帶而產生(也就是， 电'同）。所產生與該光子相關的電荷量會隨 各種因素而變。這歧辛 Λ ^ — U京匕3射在该凡件上的輻射量的輻 hh m w、、、射肩間、及若為脈衝時該輻射 的工作週期。大致上，較大 ^ 季乂大力辜狁度會有較大電荷產生。

大員似地’較大照射期間工 A+ , , . , < ^ (例如，趨近或為不斷照 射）也會有較大電荷產生。 電荷產生因素又包含··自由雷 ^ s ^ 目甶電子（或電洞）的擴散長度 再、、、〇 a率；在該元件表面上的 的材枓（例如，保護構件）化 學及物理天性；及#；明& & ^子收的所在位置及深度（與相關電路 、、° 置及深度有關）°關於該最後因素，若光子在例如 -電荷麵合元件的電位井之位置及深度被吸收該此光子 :能會產生能有效利用於該電荷耗合元件的成像操作的電 何。反之’若光子在該電荷麵合元件的基板所在深度被吸 收’由該些光子所產生的任何電子電洞對更可能在對該元 件的成像操作有所貢獻前再度結合。在此情形中，該些光 子對该電荷耦合元件的成像操作來說是無用的。 在如電荷耦合元件及互補型金屬氧化物 類之固態成像元件中’一元件將入射輕射轉變成對= 的成像操作有用的電荷的反應典型地為眾所熟知的，，量子 效能”。第2圖顯示一些典型電荷耦合元件的代表性=子 效能（也就是，這些電荷耦合元件及該些曲線不一定對應至 15 • 200539489 任何真貫的兀件或曲線，但代表著典型的元件及曲線）。第 2圖也顯示該典型人類眼睛的相關反應。這樣做時，第2 圖提供延伸自言亥t外線光譜的較長波*、橫跨可^光譜到 達近紅外線光譜的資料。如第2圖所示的，相較於典:的 電荷耦合元件’人類眼睛的明暗視覺(也就是，分別由視網 膜中的錐狀細胞及桿狀細胞所引起的）對於任一波長及波長 範圍兩者而言係非常不敏感的。也如第2圖所示：，該： 型電荷叙合元件傾向在可見光語處具有較大量子效能（而產 生感光度），且在近紅外線光譜處及其中具有較低的反應。 這些結論大致上可依此類推地適用於典型的互補式金屬氧 化物半導體感測器及固態成像元件。 第2圖也說明包含這些典型電荷麵合元件的固態成像 疋件中的某些會展現優於其他元件的量子效能。第2圖利 用代表丨生里子效能來分別說明標示為，，標準，，、”薄背” 特藍”⑽”㈣型的典型電荷耦合元件。相較：標 荷麵合元件，該，，薄背”及，，特藍”型電荷相合元 在检跨多數光譜時大致上展現出增強的執行效率（盆中⑷ 被認為因在許多電荷茅馬合元件中所建立的保護視窗上常用 至，的抗反射膜之故而有波動起伏，⑻在約750-875夺米範 圍中的、寺藍、遭遇到輕微的執行效率下降)。 某些增強效率的電荷搞合元件，例如第2圖所示的那 :堂f在卫業上代表了 f稱為”科學級，，（有時也稱之為” …級4其它這類的術語）元件類型的特徵。大致上，科 子級固態成像元件提供超過主流I態成像㈣（例如，在例 16 .200539489 如零售商中廣泛販賣給一般消費者的數位式靜態照相機中 所使用的標準消費級、以矽為基礎的成像元件）的各種優 點。如已述者，一個典型的優點為增強量子效能，其典型 地不是在如第2圖中的橫跨一大範圍光譜就是一感興趣的 4寸疋區段。其它優點典型地包含例如：較高的訊雜比、較 大動態範圍、較少缺陷、較低雜訊、增強之整個感測器陣 列的增益均勻性、及增強之晶片操作的控制（例如控制讀出 速率及快門速度、及控制效率增強特徵，例如集合所選數 目之相鄰感測胞袼的電荷的，，倉儲，，（binning))。 然而，科學級成像元件也傾向具有缺點。典型的缺點 包含例如它們在發展、製造及使用的技術上更複雜，同時 比主流固態成像元件具有較低產量及較高成本。同樣地， 相較於主流固態成像元件，科學級固態成像元件的每一個 感測胞格大致上具有相對大的尺寸，不是伴隨著相對少的 像素就是相對大的總陣列大小。為了說明起見，科學級元 ::二-面上典型地具有從約4.65微米至大至24微米範圍 的早位感測胞格大小，而典型大小易落在65 =這些元件具有從幾千到高達約8百萬像素範圍的像素 =典型像素數量易“。.….5百萬像素之間： '二凡件具有各種總陣列面積；然而，對於那些 :萬像素的示範性元件而言，總陣列面積易超過毫 rM 述的一個範例為麥肯尼應用科技公司 a]con] Applled Technologies)的 CCD3 為一尨士 & U i感測器，其 ，、'、後方射而具有方形單位感測胞格的電荷轉合元件， 17 .200539489 每一個這類胞格具有24微米的邊長。這個晶片具有80x80 像素（總共剛個像素）的像素量，且只有h92毫米χ1.92 毫米的總陣列面積。這個晶片的量子效能曲線係示於第、 圖中。該曲線展現出报少到沒有漣波，其係、認4起因於缺 少抗反射塗層之故。同樣地’該曲線在橫跨從紫外線至紅 外線波長的大範圍光譜上展現出實質的量子效㊣，其品質 除反映其它設計及製造選擇外，還可反映在該些感測=

上沒有保護視窗及/或可能沒有紅外線截止濾波器（也就 疋，一阻控紅外線波長的光學濾波器）。 另一科學級電荷耦合元件範例為新力公司（s仙幻的 ICX285AL。這個晶片提供1β5百萬像素，其中每一個單位 感測胞格為6.45微米Χ6·45微米。這個晶片具有丨丨毫米（在 對角線上）的總陣列面積。經由比較，如s〇ny晶片般具有 相同1 1毫米總陣列面積的主流固態成像元件典型地提供 6-8百萬像素，其中每一個單位感測胞格的每一邊為2 $微 米或更少。 ~ 科學級成像元件大致上係指定使用於對半導體結構成 像和檢視的照相機及系統的工業實作上。大致上，這類規 格係根據科學級成像元件典型較大的感測胞袼大小（即相對 於主流成像而言）來加權。較大感測胞格大小可在一固定曝 光時間收集較大電荷量’或類似地可在一較短時段收集所 需的電荷量。同樣地，較大感測胞格促成較大訊雜比及車* 大動態範圍（也就是，因而可清楚辨識一影像的明暗區域）。 同樣地，如前所述，量子效能不論是在_特定波長、产〆 18 .200539489 波長範圍或一感興趣特定波段的任一特定應用中係重要 的 根據本發明一實施例，一或更多科學級成像元件被使 用於半導體結構成像和檢視的照相機及系統。& 了說明起 見 或更多這類科學級成像元件可被應用於可對半導體 7L件中所遠的結構，尤指並非位在該元件表面或附近的這 颂、、Ό構的相關特徵加以成像和檢視的工具及方法。為了進 步5兄明起見，這類成像元件被應用以對與各結合或堆疊 層（例如，在結合或堆疊結構的各界面層中或該結合本身中） 有關或與其它結合或堆疊材料有關的特徵（包括各種狀況和 缺陷）加以成像和檢視。為了如此的成像和檢視，上述一或 更多成像元件較佳地係與一或更多輻射源耦接，尤指與增 強的輻射源I馬接。在某些波長係有利於或f要對一所選半 導體結構中所選的相關特徵加以成像的情形下，該成像元 件較佳地係⑷㈣至提供這類波長的_或更以射源並（b) 對這類波長適當地回應。在提供這類波長中，輻射源可至 少於某些所選時間及/或一所選時期將其它波長排除在外。 在本例中，該某些波長可只包含紅外線波長或與可見光或 紫外線光譜的波長相結合，這類結合係同時或在不同時間 發生。本例也考慮到一或更多成像元件，其中每一個成像 元件可被調到特定波長或波段。 根據本發明另-實施例，-或更多主流固態成像元件 可使用。大致上，-或更多主流成像元件可取代在前述實 例關於使用科學級固態成像元件中的所選或所有成像元 19 .200539489 件。這類應用不是單獨就是與一或更多科學級 件相結合。 凡 根據本發明另一實施例，主流元件可使用以例如對所 選半導體元件結構的相關特徵力“繼和檢視，尤指這類 特徵在該成像系統的背景下利用該主流成像元件的並型車: ^感測胞袼較利用該科學級成像元件的感測胞格具有更: 合的成像大小時。大致上，因較小感測胞格所致的這類主 肌兀件的使用彳隨著例如提供輻射並排除雜訊之分派而帶 來感光度、訊雜比及動態範圍議題。甚至，為了提供正確（例 如銳利的）成像起見，該鏡頭系統可引進使用較高品質的 5系統’至少比典型地與科學級成像元件有關者較高的 口口貝（例如，因為相對較大的感測胞格及陣列面積）。 根據本發明另一實施例，主流元件可使用以例如成像 和&視k類特徵’其中這類特徵可透過某些波長（例如紅外 、、泉波長）來加以成像和檢視，且該主流成像元件係適當地回 二上述波長’而該科學級元件不是未回應就是不再多回 應在這二貫施例中的任一者，所選波長可使這類特徵不 是以最好方式就是只利用這類波長來加以成像或檢視。 ρ大致上’在使用固態成像元件方面，該成像元件應在 所I、的I田射波長（例如，這類波長係根據所期待的缺陷大小 及/或可透過所考慮的材料或結構來成像）下具有足夠的感 光度（或基方；我們目的而等效地具有足夠的量子效能）。 然而如刚述，包含參考第2圖，包含科學級及主流元件 兩者的目悲、成像元*件在該輻射波長延伸至該紅外線光譜時 20 .200539489 ^展現出減弱的感光度。㈣’在所㈣射波長趨近 $立δ亥紅外線光譜内之情形下，根據本發明 供該些成像元件的修正以得到足夠的感光度。這_ = 7必須移除—主流成像元件的紅外線截^光片，該些遽 光片典型地係建立於主流固態成像元件(例如，常 感測器陣列了酉μ，々+ β t ^ 、一 、 $八上方），且典型地不建立在科學級 成，π件中。另一修正必須改變該成像元件的設計及製造 以提供各種掺雜分布（例如，在每—個感測胞格的電位井之 中或附近)或其它改變，用以增加光子在所選(例如，紅外 線）光^之中或附近的吸收機率。前者的修正大致上易於透 過先厨播住的紅外線波長而增加感光度。後者的修正可庳 用以改進例如關於更受限波段之較不寬廣的感光度。這些 ^其它修正較佳地用來改進該成像元件對所選波長的感光 度。 在輕射波長被選擇以整個穿透欲成像和檢視的半導體 :料的情形下’ 一合成波長的感光度可與本發明一實施例 關’其感光度大致上為穿透輕射（例如，其特徵在於其光 睹及光學功率）及該成像元件的光譜感光度兩者的函數。一 代表性合成感光度範例係示於第4圖。同樣地要了解，當 為了由欲成像和檢視的半導體材料進行反射而選擇輕射I =區域時’一合成感光度也與本發明一實施例有關，其感 先度類似地為該反射輻射（例如，其特徵在於其光譜及光學 功率）及該成像元件的光譜感光度兩者的函數。 照明 21 .200539489 一肩殳而t占， ° *據本發明的實施例提供了卫 其車父佳地利用辦％ /、及方法， J用★曰強功效的輻射源，尤指配人 工具及方法的並他元杜％巧视 σ本务明料想之 一他70件所遠擇的輻射。 可以具有優於較僂綠& %3曰強的輻射源 孕又傳、洗的所遠輻射源（例如燈 和/或優點。這Pi Μ之各種特色 、頒特色和/或優點的範例係 者：輻射波長的選摆〇八甘士 T才以下一或多 、擇（匕3其中例如隨著時間的 直的控制及品質（以及所！ ）準 為-波長㈣的偏移，包含該偏移係 ’ ")、相干性的控制及品質（以及所選與其相距 的偏移）、強度的大小和控制（例如，提供強度的變化，包 含該變幻系為-波長函數）、工作週期控制（例如，從脈衝 式至連績式’包含該工作週期係為一波長函數）、以及該光 源及/或它的輻射線的其它特性的選擇。 根據本I明一貫施例，輻射源提供一或多個所選的窄 頻輻射。該輻射源之輻射頻帶的典型特徵可以在於例如 1070奈米的一中心波長。該輻射源較佳地使用一或更多發 光二極體（LED)所成之陣列來提供輻射，而在應用上，這 麼做還配合相對於所欲成像結構的選定指向（例如上方照 明、側面照明等等）。具有各種增強特徵的發光二極體陣列 顯示並描述於：（a)2005年3月18日所提申（代理人案號 PHO-2.010.US)，命名為”基板上用於高密度發光二極體陣 歹,J 的 #支反射器（MICRO-REFLECTORS 〇N A SUBTRATE FOR HIGH-DENSITY LED ARRAY)，，之美國專利案，此申 請案主張2004年3月18曰所提申之美國暫時申請案號 60/554,628的優先權，（b) 2005年3月18日所提申（代理 22 .200539489 人案號PHO-2.009.US)，命名為”直接冷卻發光二極體 (DIRECT COOLING OF LEDS)，，之美國專利申請案，此申 請案主張2004年3月18曰所提申之美國暫時申請案號 60/554,632的優先權，（c) 2005年3月30曰所提申（代理 人案號PHO-2.008.US)，命名為”具有以陣列為基礎之發 光二極體偵測器的發光二極體陣列（LED ARRAY HAVING ARRAY-BASED LED DETECTORS)，’之美國專利申請案， 此申請案主張2004年3月30曰所提申之美國暫時申請案 • 號60/558,205的優先權，以及（d) 2004年1 1月8曰所提申， 命名為”高效率固態光源及使用和製造方法（HIGH EFFICIENCY SOLID-STATE LIGHT SOURCE AND METHODS OF USE AND MANUFACTURE)”之美國專利申 請號10/984,5 89，在此所述及之全部申請案的内容在此被 一併整合以供全方位性的參考。 第5圖顯示根據本發明的第一實施例。在此，固態光 源1經由一光纖導管2和鏡頭系統3來照射所選的半導體 ®結構4。光源的輻射係經由該鏡頭系統3内部的分光器而 導向結構4。如此導向的輻射大致上以不同強度而被結構 4反射回來（例如，視該半導體結構的結合特性及其它特徵 和缺陷而定），並透過該鏡頭系統3到達一照相機5，此照 相機係基於或使用一或多種固態成像元件，例如電荷耦合 元件或互補型金屬氧化物半導體偵測器。照相機5最好偵 測此種一或多個波長的反射輻射。經由此偵測，便捕捉結 構4的影像。如此捕捉的影像可以提供做進一步處理，例 23 .200539489 π处取电月g 6 0姑 品質控制，以辨影像如 後，可以用於測試和 4此…構4的相關特徵，例如此特徵係與 各Μ或堆4層有關（例如在結合或堆疊基板的介面層或結 σ本身之中）或與其它結合或堆疊材料有關。

在第6圖所不之_第二實施例中，該輕射源」係朝向 所欲成像之結構4的相反於鏡頭系統3和照㈣5的那一 側办以提供以。在本指向中，輻射源的輕射係以不同強 度牙透、。構4(也牙透具有此結構4之半導體元件的基板7) 到達該鏡頭Μ 3,而於電荷耗合元件/互補型金屬氧化物 半‘體,、?、相機5形成影像。如此捕捉的影像可以提供做進 -步處理’例如透過„ 6。如同第_實施例，捕捉的影 像如此處理後，可以用於測試和品質控制，以辨識此結構 4的相關特徵D在此背光指向上’透過結構*和基板7的 傳送乃取決於多種因素，如之前所言，包括在沒有金屬或 其他交互連接層或其它㈣會阻播㈣傳送或是把它反射 偏離鏡頭糸統3的情形。 在第7圖所示之一第三實施例中，該輻射源、i係朝向 所欲成像之結構4的側面。然而，大部分的輻射會被被基 板7之實質平坦的表面所反射而偏離鏡頭系統3，故無法 經由該電荷耗合元件/互補型金屬氧化物半導體照相機5捕 捉影像’而結構4會造成垂直於基板表面的暗視野反射。 由於此種反射對應至結構（例如表面起伏、狀況和其他特 徵）’這類指向大致上係適合用來提供高對比的成像和檢 視0 24 .200539489 在第8圖所不之該第三實施例的一個延伸，料想利用 暗視野照明捕捉多個影像以推論所選結構4之相關高度資 訊。因為在一已知角度下利用朝向該結構4的輻射而 該影像（亦即依據輕射源i的指向），所以結構4的高度（或 結構4的給定特徵）可經由測量給定結構或其給定特徵&的阶 景:寬度而測量到。詳言《，此高度是測量陰影寬度和輻： 指向之已知角度之正切函數的乘積。 在第9圖所示之一第四實施例中，該輻射源！係朝向 欲成像之結構4的下方以導引輻射至結構4，但盥鏡頭系 統3和電荷Μ合元件/互補型金屬氧化物半導體照相機5的 軸呈-角度。本指向係合適於凸顯位在一透明或半透明媒 介中的任一給予特徵的特定方向性邊緣，所欲決定的特定 邊緣方向係垂直於該光源方向。本指向也產生高邊緣對 比。類似地，一俯視角度的輻射源可使用，以凸顯可能益 法或不足以由其它方法看見的特徵及特徵紋路。 …、 料想該第四實施例的一個延伸在於利用背面光源捕捉 不同角度下的多個影像，以收集所有方向或實質上 向並建構結構4所關連的多方向邊緣外形。 :::〇圖所示之一第五實施例中，該輕射源〗朝向以 心準地垂直於-半導體基板7表面邊緣的方向發光。由於 如此傳运，在入射角係小於材料的臨界角下，輕射 =留在該材料中。然而’每當此輕射遇到一提供此二 。射的表面上或該處的特徵時，該輻射便傾向於朝向其 板外面’例如從晶片背面離開，而由鏡頭系統3所捕捉： 25 .200539489 由電荷耗合元件/互補剖冬层@ 補尘孟屬虱化物半導體照相機5所成 像。在此，該輻射源1业型 一 i上疋固恶先源，最好是一維陣 列的固態發光元件，例如LED/VCSEL，其輕射穿透一鏡頭 陣列或是穿透-線性配置的光纖導管。本指向具有之優點 例如包含提：埋在半導體元件内的特徵(包括缺陷)的增強 視覺對比。貫務上，輻射的吸收容易將該入射光的穿透度 限制在最南幾個毫米f异卜而本士支 毛卞（見上面表袼2，例如以不同的波長穿 透矽的情況)。即使如此，當可以應用此指向時，其一般提 供例如包括内嵌於已切割的半導體晶片内的電路、裂縫、 空洞及微粒缺陷之類的背面元件結構的有用影像。 在第1 1圖所示之第五實施例的一個延伸，料想到採用 多個輻射源la〜Id，各個指向如第五實施例所述。詳言之， 如所不耗，此延伸料想到採用四個輻射源，各用於每一切 割方向（上、下、左、右），例如用以凸顯内嵌於已切割半 導體晶片内的方向性特徵。要了解可以使用多於或少於四 個輻射源，而不偏離本發明的原理。 本毛月其匕範例性實施例包含一或更多LED陣列或其 他固態輻射源，但不限於此： 、 •直接照射一穿透鏡頭之照明系統中的分光器（亦即 不包含一光纖導管）。 •以一”環形”或，，圓頂形，，架構提供頂光照射。 • 經由一環形或圓頂形光纖導管來提供，，環形，， 或”圓頂形”輻射。 •經由光纖導管來提供背光和/或頂光指向的輻射。 26 .200539489 而使各輻射源 •提供各式各樣的選定波長或波段 發出特定的波長或波段。

士二提供各式各樣的選定波長或波段，而使各輻射源發 出特疋的波長或波I，並且各輻射源受到獨立的控制，例 如已括&制以下一或多者：在選定的時刻、選定的時間長 =選定的強度、可選擇的準直纟、選定的脈衝工作週期 等等來#田射。舉例而言，可以提供多個陣列，各對陣列提 供在-中心波長附近的明確窄波段，一者是準直的而另一 者=未準直，而使每個陣列可以相對於其他陣列以依序、 同打或其他方式通t，此通電係有個別的時間長度、或連 也 > 或主選疋工作週期的脈衝模式，如此可收集該結構 對此=加輻射的各種反應及其資訊（最好還有其處理）、成 像見或者分析該結構，包括相關的狀況和/或缺陷。 本發明的其他範例性實施例包括但不限於·· •提供光纖以獲取影像。 •提供脈衝式照明和同步化的影像捕捉（例如使照相 機的快門或其他閘門元件加以同步化）。 •於例如穿透照明的指肖中提供增強的高強度輻 〗士來自或夕個LED陣列的超高強度輻射，最好是 脈衝式的，而於一或多個所選波段。 例如發光二極體的固態輻射源具有多種特色，包括一 些優點，其包含： 相較於燈泡’固態輻射源較易有直接的成本優勢。 省略例如圖1紅外線帶通濾光片之類的濾光片， 27 .200539489 因為LED和基於LED的陣 J J以徒供窄波段，因 降低實施的成本和複雜度。 •可輕易實施在背光源與頂井 貝光源之間的光譜隔離。 •促進清晰的影像，因為菸古一 4 U馮备先一極體為窄頻輻射， 因而排除例如色差（其中，在 、鏡頭蛉不同波長光線會有 不同轉折）等特定問題。 •容易進行準直或不準直。 窄頻輻射也導致干涉紋，i 性干涉 文其中由於建設性和破壞 故結合缺陷顯現為同心環。 放 背光可經由簡單地增加LED陣列大小而隨之縮 題 發光二極體具有穩定的光輸出-消除燈泡校準的問 •發光二極體具長使用壽命㈠〇_〇小時）_不需像燈 泡一樣在使用1 〇 〇 〇小時後要更換。 •、發光-極體為窄頻且不放置額外的紅外線（熱）能量 至該檢視靶材中。熱可能會損毀靶材。 •發光二極體陣列可使用以在一或更多波長下選擇 性地提供準直。 •可將各種特定波長的發光二極體排入發光二極體 陣列’以在選擇時間下提供各種波長，例如，在各種功率 及工作週期下依序或同時產生脈衝。 典型地依各種因素來選擇該鏡頭系統。這些因素的範 28 .200539489

例包含該成像/檢視應用及可用之（所選）輻射源指向（如之前 範例所述）的視野需求。典型地利用抗反射塗層處理光學設 備，以減少例如那些中心在1070奈米的所選波長範圍之 反射。如之前參考圖5所述之一實施例（特別應用於實施例 1)使用提供從6宅米至40毫米範圍視野的變焦鏡頭。如之 前參考圖6所述之一第二實施例（特別應用於實施例2)使 用一 4毫米視野的固定放大倍率鏡頭系統，其具有一分光 器及用於容納一光纖導管的輸入埠，以自輻射源導引輻 射。聚焦及縮放（若適用）可為手動（例如，轉動一調節撥盤） 或自動（例如，由電腦控制）設定或同時兼具。對於需要尺 寸測量之應用而言，也可使用一長距離鏡頭。 崎孜大倍率及塗層以在所選波長（例如 便用所選之正 波長-般為700-3000奈米的長可見紅光到近紅外光譜，或 者是更特定的波段’例如中心在1〇7〇或12〇〇奈米，或在 任何各種波段中’例如奈米、i〇5(m綱夺米 或圃-⑽|米波長範圍)下具有最大透光率的光學設 :’可使用菲近其光譜感光度之波長上限的高解析度的電 荷麵合it件/互補式金屬氧化物半導體成像元件。 成像 根據本發明之實施例乃利用_高感光度的照相機4 基於或使用電荷耦合开| ^ 』a p ^ #。Φ A - 牛互補式金屬氧化物半導體成像元 件。電何轉合元件/ $ , 南式金屬氧化物半導體成像元件科技 相較於例如以特定砷化时 ^ ^ 叙積^或微輻射熱測定器之陣列

為主的紅外線照相機 早夕J +技更成热。尤其在與特定紅外線照 29 .200539489 相機相比較時，這個成孰 从…、又成电何耦合兀件/互補 化物半導體成像元件的各種優點： 補式… 酋•感測器密度：電荷轉合元件/互補式金屬氧化物 v體照相機市面上可買到古 有少至^達8百萬像素(相較於典型地具 0·25百4像素的典型紅外線照相機）。 •標準化電界面：電荷I禹人元林/ $ # #人p 耦口件互補式金屬氧化物 版々目機通常具有晝面擷取器或例如IEEE U92、 USB-2或1Q()_Base_T類之彈性高速匯流排架構的標準電界 面。 :成本：電荷耦合元件/互補式金屬氧化物半導體照 相機係顯著地較此種紅外線照相機便宜（可便宜多達一個數 量級）。 •雜訊：電荷耦合元件/互補式金屬氧化物半導體照 相機可有各種雜訊表現（例如，使用科學級固態成像元件的 …、相機#乂易有較佳的訊噪比，一般也有比較低的雜訊特 _ 對於使用成像元件之照相機，若雜訊無論如何可能是 1題日守可以谷易地且比較不貴地藉由冷卻（例如透過 Peltier冷卻組件）來降低雜訊。 可經由使用所選輻射波長以使用電荷耦合元件/互補式 孟屬氧化物半導體成像元件。輻射波長典型上是依據成像 元件的光譜反應等因素來做選擇。一般而言，尤其對於穿 透基板的指向，可以採用紅外線頻帶的輻射，其典型上對 應方、基农半導體的成像元件（例如基於矽的〇CD和CM〇s 感應為）之顯著降低的感光度。於一根據本發明的一般實施 30 .200539489 例中，提供的工具和方法乃 乃仅成像兀件中排除（或大致排除） 選定之紅外線波長或浊p ^ ^ 、 ^ 又 卜的輪射波長，而至少在使用 選定波長來成像的時間调里由3 、 j巧期中疋維持此種排除。如此，便 克服了成像元件的相制_ τ 4 a 對不敏感。也就是說，在沒有讓 CCD/CMOS成像元件比 車又有反應的波長存在下，成像元件 只對所選波長的窄頻有及 、反應’而衫像便反映出此種反應。 此種成像的信號位準最好你 取f、、工由例如打開該鏡頭孔徑、增加 :光t間、增加電子增益、經由數位式平均所得的多個影 像1或使用先前技術中已知之其它曝光技術等各種作法， 而達到一可測量的位準。 於另一根據本發明的一妒眚 ^ 叙貫施例中，提供的工具和方 法乃辨識和回應於固能成 _ 所 口心成像凡件的量子效率和其他物理性 貝0此種工具和方法#; 子回應於和起因於以下多種事實和 囚言： (a)特定於成像的丰邕 導體、、、口構具有已知或已定的半導 體材料（和相關的能帶間 永)且可具有已知或已定參數（包 寸、形狀和位置)的特徵(包括狀況和缺陷）； (:)依據此材料、能量和參數，以及輻射源 像兀件的光譜反應，來 双 〜木延擇輻射波長或波段； (c) 适擇一或多個輕身+、、塔#丄 接处他^ 射源並加以疋向，該輻射源能夠 如角二的波長，並…對於半導體結構的適當指向(例 押制^ A置’包括從結構的背面）來傳遞輕射，並且最好 ^工制輪射的特性（包括強 人 有無準直、脈衝等等）； (d) 選擇鏡頭系統， — 、一 專（k疋的波長至成像元件， 31 .200539489 且於其上形成影像’而此選擇最好使鏡㈣成像能力和成 像凡件的捕捉影像能力相匹配（例如鏡頭所能解析㈣徵尺 寸乃等於或小於成像元件所能解析的特徵尺寸），如此將結 構的相關特徵（包括狀況和缺陷）適當地成像； ⑷採用的-或多個固態成像元件能约適當捕捉結構 之相關特徵（例如其狀況和缺陷）的影像，而至少一成像元 =有以下m)在維持適當傳輸輕射的情形下，對於 選定的波長具有足夠的感光度以捕捉影像，⑼感測胞格和 數目足以解析欲成像的結構及其相關特徵。 在此叙只轭例中，當基於導引所選波長至結構背面 的輻射指向來成像時(例如透過基板的成像），輻射源所提 供的紅外線波長最好是夠長，以完全穿透所欲成像的結 冓。而此波長應該要夠短，以便能將結構和其相關特 ,乂成像包括其中可以驅動成像的各種狀況和缺陷。 物理定律般規定：要將相關維度為X的元件加以成像， 則採用的波長應該是1/4x，而且最好是更小。在選擇波長時， 此一般貫施例料想到將此兩因素作調和，此兩因素有時會 朝不同的方向（例如’較長的波長以通過基板，但較短的波 長以偵測和適當地將結構及其相關狀況和缺陷加以成像）。 再者’在此一般實施例中，輻射源最好是：（〇提供選 疋的波長（例如於適合的強度、足夠的時間、適當的工作週 "月）’而此讓成像元件依據所選波長來捕捉影像，亦即不管 凡件對此波長的相對不敏感度，同時（ii)排除所有（或大致 戶斤有）其他的波長’如此成像元件的感測胞格不會被此其他 32 .200539489 波長所電飽和。 電荷耦合元件/互補式金屬氧化物半導體 供各種優點，例如包含： • 成本優點。 的使用易於提 增強解析度及像素大小的選擇彈性（例 如，科學級

。易於在一 快拍中收集到更多資訊以簡化影 對比於主流）， 及”大晝面” 像分析。 • 改進的資料速率。 •電荷耦合元件/互補式金屬氧化物半導體照相機為 成熟的主流。 ~ 影像増強 範例性實施例中的電荷耦合元件/互補式金屬氧化物半 導體照相機拍攝而得的影像可由一或多種數位影像處理技 術來增強。這些技術的範例包含： • 除塵-該晶圓表面上的灰塵微粒展現成該影像中的 污點。這些污點對下一影像增強演算法及主觀品質判斷的 影響可經由設定該影像的臨界值來減少。為此，將具有小 於臨界值的所有像素設定為該臨界值。本臨界值可以各種 方式決定，包括憑經驗而決定。無論如何，決定臨界值以 於應用時減少灰塵在該影像中的影響而不影響（或大致不影 響）到其它影像。要得到一合理臨界值設定可先計算下列像 素的均值：

33 200539489 及標準差： σ -^Σ(Ρι-ρ)2 .1 /=ι 接著定義該臨界值為·· t 二 p - 4 σ •陰影校正-非平面照明及該光學設備排列扭曲的結 果易於導致在邊緣處係較中心處更黑的影像。陰影校正被 轭用以权正這個問題，且幫助可能是不同照明位準的影像 私區域間的定性和定量比較。陰影校正包含使用—均勾背景 做為一校準影像，利用所設定的照明功率使該影像中最亮 （λ近β中心處）近乎飽和但未使該影像非常飽和。 為了執订接下來各影像的陰影校正，所得原始影像的每一 個像素經由除以該校準影像之相對應像素值而被校正。這 個產生範圍[0..」]之像素陣列，其可再被正規化以滿足更 標準之像素範圍[〇...255]或滿足可適用於下游處理的任一 其它範圍。 1 除到痕-未拋光晶圓表面常被括痕（例如，水平、多 方向寺等）損傷。刮痕易於添加週期性方向的雜訊至該 CCD/CMQS照相機所得之數位影像巾。此外，刮痕干擾到 7如樣板，對、邊㈣測及連接性分析之標準電腦圖像技 以及祐作人員檢視缺陷的能力。因此，數位式移除此 方向雜訊係有利的。 因為泫雜訊在傅立葉（Fourier)空間中展現一強方向性 ::因此移除的演算法：⑴使用快速傅立葉轉換將相關影 換至傳立葉領域、（„·)分析該轉換影像以偵測方向雜 34 .200539489 訊、⑼)減掉該方向雜訊的 最後經由只屈.. 厂愿/皮近似值 '及 、 專立葉轉換轉換回到該影像領域。 對比增強-這種影像處理演算法 圖平坦化技術，且中扭祕” 疋個热知的直方 ,,、， 八中根據一展開”函數將像素值整沪重 新映射。首券，田》 t H更 百先，取小及最大灰階被計算。這此 則用於依據下式而舌如“ 二汁r的位準 式而重新映射該原始像素值： nx，y =-(min〇) + α)) (niax(p)〜办)—細出(夕)+ “） 本ώ數具有在等於bits之位元數所代 I- Ifl (〇 Jbits I的兀整動態 …_)下線性展開該直方圖的效應。在根據本义 明的範例性實施例中，每—料使用Hr在根據本舍 口 ^ 母彳冢言使用8位兀，但應了解也 ^ 八匕位元值，而不偏離本發明的原理。該參數a 及b(名義上设定$ 〇)控制該直方圖的暗位準及明位準。較 值讓口玄直方圖更被展開，而一或更多p值係併入單一 η值中。較大b值也例如經由讓一或更多p值併入單一。 值以增加該直方圖的展開程度。 其它像素轉換函數也可使用，而不偏離本發 例如，可以使用以下函數： 原

Pmax = P + C 〇 Pm in = p - ά σ nx，y = (^max -P^n) 本例中，C及d定義該展開直方圖的上下限。 •結合影像-使用具有不同指向（例如頂光、背光或側 光）之不同輻射源所取相同視野的影像，一般可強調不同物 理特徵組。二或更多影像可以一些不同方式相結合，範例 35 200539489 包括： /像對的像素可相減以產 像。本方法在哕 組差異影 在忒頂〇導體基板未抛 的，讓來自該了f氺；^ ^ ^ 了你特別有效 目'亥頂先反射影像内含資訊之背 建構的信號雜訊可實質減少。 如 所 所選三個影像的像素可被使用 咖影像+ _&料。 代表-例如

σ、。個別的影像可分別分析其在每-個照明方案 U健偵測的特性。測量可在偵測-影像特徵接 者偵測另一影像特徵之間進行。 •解坦疑運异（Deconvolution)_解迴旋運算為一模糊 育料組的去除處理過程’其係例如因為一較不完美測量設 備的已知效應之故’而在-已知反應函數影響下發生模 糊。其定義來自 W. Press、s A Teuk〇lsky、w T Vette邮 及 Β.Ρ· Flannery 在 1992 年出版的第二版（cambridge :劍 橋大學出版社)，，以C語言所寫的數值方法：科學計算的藝 術（Numerical Recipes m c The Art of Scientific

Compmmg)”。解迴旋運算可被用來協助消除該光學或成像 系統的糢糊效應並可產生改進的物件解析度。 • Wiener濾光· Wiener濾光係類似存在於雜訊中的 解迴旋運异。該處理過程為找出在進行解迴旋運算以消除 雜訊的惡化效應前所施加至該輸入影像的一最佳濾光片。 這個為一熟知的技術，其述於W· Press、S.A. Teukolsky、 W·丁· Vettering 及 Β·Ρ. Flannery 在 1992 年出版的第二版 36 .200539489 (Cambndf:劍橋大學出版社)，，以c語言所寫的數值方法： 科车。十介的藝術（Numericai Recipes &〔 The Art 〇f SCieiltiflC C〇mpUtlnS)，，及 R.C· Gonzalez 與 P. Wlntz 在 1987 年所出第二版（讀本，MaSsachusetts : Addls〇n_Wesley 出版 公司）的”數位影像處理”。 第12圖說明根據本發明考慮要執行的代表性影像處理

操作的示範流程圖。在步驟11，原始影像由CCD/CMOS 照相機捕捉’而可用於影像處理。在上述各種實施例中， 此處理乃使用電腦6，例如pc。然而，應體會可以不用％ 就可進行任何一或多種影像處理演算法，而不偏離本發明 勺原里|例而&，可以透過照相機本身相關的電子零件 和/或軟體來提供演算法（例如選擇照像機上的硬或軟按鈕 來觸發）。 在步驟12，如上所述或以其他方式除塵。在步驟13， 上所述或以其他方式進行陰影校正。在步驟1 *，如上所 述或乂 ’、他方式進行除刮痕。在步，驟i 5，如上所述或以其 他方式進行對比增強。 應用 _第13圖顯示一典型微機電感測器晶圓夾層的剖面圖。 /基板層1GG及&帽蓋層Ϊ G2兩者係切所構成，其對近 紅外線光譜（NIR)中的波長係透明的。該結合層ι〇4將該基 板層1〇〇與該帽蓋層102握在一起，並視該晶圓建構方法 t :陡而疋，可做為一密封之用’以保護元件1 06不受環 境影響。該成像和檢視過程的目的為驗證該結合層ι〇4的 37 -200539489 整合性及一致性，包括 在此示範為—空洞）。這此在的任何缺陷1帽如 工具和方法所捕抓到的;::二缺:㈣用爾 此，入射的輕射大致包括所^ 以穿透到結合層和當 广°紅外線波長或波段，如此 缺陷）。 何相關的特徵（例如上述的條件和 弟1 4圖顯示用於制 舰結合的晶圓夾層二在面:緣體上綱裸晶圓之典 "。、帽蓋層叫結合=、结構包含基板載體層 要的在=構：’該結合層的均勻性和整合性-般是很重 缺j°亥、、。口層114中所存在的微粒、空洞或其他 或甚至稍微的均勻性差異，都是不合意的。據 m相的相關特徵包括均勾狀況以及該結合層 '壬何从粒、空洞或其他缺陷。再次地，這些條 了可使用根據本發明之工具和方法所捕抓到的數位 :加以辨識和測量。為此’入射的輕射包括所選的紅 ::長或波段’如此以穿透到結合層和當中任何相關的 相如上述的條件和缺陷）。在成像時，該結構受到窄 月光照日月’而結合層114存在微粒/空洞時，甚至當 微的均句性差異’ -般就會引起影像中形成干涉紋。 :使利用-寬頻照明，此干涉紋(亦稱為環形圖案)亦容易 現在影像的結合層缺陷的附近。 弟1 5圖顯示代表性環形圖案丨丨8，其典型上可能形成 吏用根據本發明工具和方法來將熔化結合的晶圓加以成 38 .200539489 像時。這些週期性圖案易於被 測該些週期性特徵所設且可由為了偵 纹也可用以斗，a, '法所自動谓測到。該此 、'文也了用U估測内部缺陷的高度。 及二 明至暗的韓掐, 卞以紋（從暗至明再從 轉換）的-整個週期對應至 材料之間的距離改變。 射先-個波長的結合 弟16圖顯示單—半導體晶圓12〇的剖面圖，續 可為已圖案化或未圖案化。在該晶圓120中門：曰 晶結合被劈開並形成-微裂縫122。曰圓ί2η ^示一結 洞或插入物缺陷124心. 曰曰0⑶中間還有空 、 4。頌然廷類缺陷都是不合意 由於在晶圓120中^ 4 , 〜並且 ^ ^ 3，故類裂縫或缺陷都可能逃過使用僂 、，充成像和檢視作法（例如典型的圖 的伯測。此夕卜，依攄+ a n 表面“視工具） 據使用此日日圓120所要建構的電 甚至：㈣種微裂…缺…會造成無=:的 低產里和尚成本和/或長期可靠性變差。 …、 、 據此要在單一晶圓中成像和檢視的相關特徵包 圓120内部的微裂、縫122和空洞、插入物或其他缺陷124。 再次地’這些條件和缺陷可使用根據本發明之工具和方法 所捕抓到的數位影像中加以辨識和測量。為此，入射的輕 射包括所選的紅外線波長或波段，如此以穿透到晶圓内部 而到任何上述的條件和缺陷。經由某角度或利用紅外線背 光來透過晶圓120成像，可僧測到這類微裂縫或缺陷的存 在， 第1 7圖概述如何經由根據本發明之工具和方法來成像 顯現該半導體元件的各種特徵。在此，典型的圖案化晶圓 39 .200539489 130具有兀件132，其位在晶圓表面上的一標準格子裡。 指出該晶圓130將被切割成個別獨立的元件132以供封裝 的切割線道134在切割以前乃分開這些元件132。在一數 位影像中，該結合區域丨36可與環繞該元件丨32的特定主 動電路140之未列印區138做區別（分辨）。此區別是基於 那個位置到達照像機的光強度（相對於其他位置而言）的變 化而做到。由於該結合材料衰減的光多於填充一空洞區的 空氣，該結合區域136(由内邊界142和外邊界144所畫出） 在所產生的影像中表現較黑。類似地，組成該切割線—134 的矽特徵及其他環繞晶圓特徵甚至會較該結合區域1 %表 苓考圖17, 一用於檢視典型圖案化晶圓的方法且 列步驟： ~ •定位該電路140和/或元件132(選擇性使用這個位 置來決定下列特徵的偵測）。該電路140和/或元件132例 參 σ 樣板比對凟异法來定位，例如一利用正交化 性的演算法可滿足此需求。 疋位a亥結合區域1 36的外邊界1 44。該外邊界！ 可利用各式夂梯^ t 44 且、 飞各樣的線偵測或，，卡尺，，工具來定位。這類工 /、找出在衫像對比區域間的延伸直線位置。 疋位5玄結合區域丨3 6的内邊界142。該典型不規則 白勺内； 1 °备由施加各式各樣的線偵測工具以找出例一 組接近該内；嘉w 土人士 違界輪廓的短線段而被辨識。較大近似值於 度、*里由j；* ★ ' 曰加所使用的偵測器數量而得。 200539489 •計算從每一點沿著該結合區域 邊界144的距離。 "142至該外 •定位該結合區域136内的所有 使用連接性分析而被辨識。連接性分析 ^洞:經由 此係考慮前景乃具有大於門 ⑺尽與为景， 此門檻值乃依經驗決定，隨著用途、光風_:衫像凡素。 像而可變化。 予凡件、照明和成 第18圖顯示一半導體封裝應 元件1 50血剂仏达士』 日J ^面圖0各覆晶 凡件150典㈣為在插置材料上而面朝下 型地該插置材料以玻璃或有機物為主。擺置2裸曰曰’典 由晶片上之對準靶152的位 "月確度可經 从』e 基板156上的對準靶154 、目關位置加以成像和檢視來確定（例如穿透晶 像）。在圖18中，各對準靶乃顯示有一位移A曰曰 2兩晶圓對準然後結合時，也有類似的用途。如第 :了基板⑽位置在蓋基板162之下。基板162 ^個別的對準把164、166。擺置的精確度可經由基 、：準靶162和164的相對位置做成像和檢視來 (例如穿透蓋基板來成像）。在圖丨9 乃顯示為對準的。 各對如64, ^應用本發明原理來成像及檢視係可實現於許多半導體 二冓中但不限於此。這些結構包含例如：微機電元件、 、荷耦a元件、互補式金屬氧化物半導體感測器、其它感 '則為、光電元件、内含反射鏡的半導體。 沒些操作大致上可使用熟知的電腦圖像技術來執行。 41 -200539489 一些電腦圖像軟體套件在市場上取得（例如，MvTec的 心1_或Intel的整合式執行原型（Ipp))，其提供一組包羅 萬象的軟體工具。 熟知此項技術之人士了解可對已經說明並圖示以說明 本發明天性的零件及動作進行細節、材料及配置上做許多 改及k 4匕’這類修改及變化並未偏離在此所含之教示與 申請專利範圍的精神及範圍。

【圖式簡單說明】 的傳統紅外線顯 ^第1圖係使用一紅外線燈泡及濾光片 微鏡檢查配置的示意圖。 苐2圖顯示一 里子效能曲線。 些典型電荷耦合元件以及典型人眼的 的 第3圖顯示—典型高效率電荷耗合元件的光譜響庫。 彳弟4圖顯示一假想的成像元件之代表性複合感光度的 第5圖顯示根據本發明的第一實施例。 第6圖顯示根據本發明的第二實施例。 第7圖顯示根據本發明的第三實施例。 :8圖顯示根據本發明的第三實施例之延伸。 $ 9圖顯示根據本發明的第四實施例。 :10圖顯示根據本發明的第五實施例。 弟11圖顯示根據本發明的第五實施例之延伸。 -12圖係-代表性影像處理操作流程圖範例，其係料 42 200539489 想根據本發明來進行。 第1 3圖顯示一典型微機電感測器晶圓夾層的剖面圖， 而根據本發明的工具和方法來成像和檢視。 第14圖顯示一典型熔化結合晶圓夾層的剖面圖，而根 據本發明的工具和方法來成像和檢視。 第15圖示範代表性環形圖案，其典型上可能是於使用 本毛明的工具和方法來將一炫化結合裸晶圓加以成像時形 成。 明的示—單—半導體晶圓的剖面目，而根據本發 方法來成像和檢視。 第η圖示範一半導體元件使用 法來絲時所顯示的各種特徵。 月的工具和方 第1 8圖顯示—半導體封裝應用 明的工具和太 j面圖，而根據本發 子方法來成像和檢視。 第19圖舔-工n 颂不兩日日圓校準並結合的剖面圖。 【主要元件符號說明】 2 3 4 5 6 固態光源、輻射源 光纖導管 鏡頭系統 半導體結構 電荷輕合元件/互補型金 相機 屬虱化物半導體照 電腦 43 200539489

7 基板 10 光源 1 1 〜15 影像處理操作步驟 20 滤光片 50 物件 60 紅外線照相機 100 基板層 102 帽蓋層 104 結合層 106 元件 108 缺陷 110 基板載體層 112 帽蓋層 114 結合層 116 缺陷 118 環形圖案 120 半導體晶圓 122 微裂縫 124 空洞或插入物缺陷 130 晶圓 132 元件 134 切割線道 136 結合區域 138 未列印區 44 200539489 140 主動電路 142 内邊界 144 外邊界 148 半導體封裝應用 150 覆晶元件 152 、 154 對準靶 156 基板 160 下基板 162 蓋基板 164 、 166 對準靶 A 位移

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Claims (1)

1. -200539489 十、申請專利範圍： 1. 一種穿透基板的光學檢視系統，用於檢視半導體結 構’該檢視系統包括： 第一固態輻射源，其指向提供背光，而在第一波長的 輻射具有每平方公分大於0.001毫瓦的強度； 第二固態輻射源，其指向提供頂光，而在第二波長的 輪射具有每平方公分大於〇·〇〇1毫瓦的強度；以及 對該第一及第二波長感光的固態成像元件； 其中第二固態輻射源提供輻射的波長、時間和強度係 不足以飽和該成像元件，藉此成像元件可以捕捉來自第一 固恶輪射源的檢視貢訊。 2. 如申請專利範圍第1項之檢視系統，其中第一輕射 源提供在一或更多波長的輻射，其可穿透半導體結構。 3 ·如申請專利範圍第1項之檢視系統，其中至少一輕 射源包括由發光固態半導體元件所組成之一或更多陣列。 4·如申請專利範圍第3項之檢視系統，其中發光固態 半‘體元件陣列提供在一或更多波長的輻射，其可穿透半 導體結構。 5 ·如申請專利範圍第1項之檢視系統，其中半導體結 構為基於矽，並且第一輻射源提供的輻射波長範圍是 105CM200 奈米。 6 ·如申請專利範圍第5項之檢視系統，其中半導體会士 構為基於石夕，並且第二輻射源提供的輻射波長範圍為 1 100-1300 奈米。 46 200539489 _ 7;如申請專利範圍帛"員之檢視系統，其進一步包括 鏡頭系統’其提供的解析度乃匹配於成像元件的解析度。 8.如申請專利範圍第7項之檢視系統，其中成：元件 的有用光譜感光性可高達至少、12〇〇奈米的波長，並且其 感測胞格的尺寸維度是在半導體結構之相關特徵的維度一 半或以下。 9·如申請專利範圍帛8工員之檢視系統，其進一步包括 多個照明系統，以支持用於照射半導體結構之前面、背面' 側面及暗視野的選定組合。 ι〇_如申請專利範圍第1項之檢視系統，其進一步包括 衫像處理機制，其支持以下至少一者：展開感興趣的區域、 辨識該影像内的邊緣及特徵、自動檢視半導體結構。 11.如申請專利範圍第1〇項之檢視系統，其中影像處 理機制提供測量圍在半導體結構的二個矽晶圓之間的特徵 1 2·如申請專利範圍第丨項之檢視系統，其中半導體結 構匕括直接炼化結合的半導體材料，而至少一輕射源提供 幸田射的“向波長和強度係足以彳貞測到與此結構之結合相 關的缺陷。 13 ·如申請專利範圍第1項之檢視系統，其中成像元件 捕捉與該半導體結構相關之至少一對準靶的影像。 1 4.如申請專利範圍第1項之檢視系統，其中成像元件 捕捉代表該半導體結構内的結晶缺陷（裂縫、插入物或空洞） 之影像。 47 200539489 士申明專利乾圍第1項之檢視系統，其中成像元件 捕捉代表埋二之缺陷（如裂縫、差排或空洞）之深度或z位 置的影像’藉此測量此種深度或z位置。 16.種用於檢視系統的方法，該方法提供檢視半導體 結構的相關特徵，士 竹U此特斂具有已知的尺寸，此方法包含： 辨識半導體結構的相關半導體材料及相關的 隙；

   辨硪半導體結構的相關特徵， 包括此特徵的尺寸及位 根據成像元件的解析度並配合相關特徵的尺寸，選擇 一或更多個成像元件； 辨谶成像元件的光譜感光曲線； 使用-或更多個輻射源並配合此特徵 或多個照射的方向； 认 根據此類材料、能量、尺寸及位置並配合輕射源的指 鲁向與成像元件的光譜感光曲線，選擇一或多個輕射波長或 波段；以及 提供一 選擇一或多個固態輕射源 或多個選定的輻射波長。 η.如申請專利範圍帛16項之用於檢視系統的方法， 其進-步包括：選擇鏡頭系、統’如此以傳送所選波長到成 像元件，並於其上形成影像，而此選擇係使鏡頭系統的形 成影像之能力匹配於成像元件的捕捉影像之能力。 1 8·如申請專利範圍第丨6項之用於檢視系統的方法， 48 .200539489 其進步包括·操作所選擇的一或多個固態輻射源以控制 輻射特性，包含有關強度、準直、無準直、脈衝操作當中 一或多者。 •如申明專利範圍第丨6項之用於檢視系統的方法， 其進一步包括： 1作所選擇的_或多個固態輻射源，％此當使用穿透 ::構：=成像時’其他的波長乃大致被排除，藉此 二二所選之穿透性波長來將該結構成像。 其中選擇二個Γ圍第16項之用於檢視系統的方法， …擇-或多個轉射波長或波段所 以完全穿透該結構 ’m k夠長’ 像。 一夠短，以便能將該特徵加以成 十一、圖式：

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