TW201940860A - 檢測包含感光性聚醯亞胺層之物件的技術 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種測定定位於感光性聚醯亞胺層上的物件之特性的方法，其中該感光性聚醯亞胺層定位於為輻射反射層之底層上，該方法包括：
藉由照明單元用第一紫外輻射照射該感光性聚醯亞胺層之一區域；
藉由第一感測器感測自該區域反射的經反射之第一紫外輻射；及
藉由處理器至少部分地基於該經反射之第一紫外輻射來測定該物件之特性。

Description

檢測包含感光性聚醯亞胺層之物件的技術
交叉參考
本申請案主張2018年2月5日申請的美國臨時專利序列號62/626,174之優先權。
本揭示係有關於檢測包含感光性聚醯亞胺層之物件的技術。
發明背景
將感光性聚醯亞胺(PSPI)層定位於晶圓之輻射反射層上方的應用有所增加。輻射反射層可為矽層或其他層。
對於物件，諸如凸塊(bump)高度檢測及度量之三維(3D)度量，歸因於如圖1中所示，來自晶圓之雙反射，此PSPI層對自動光學檢測(AOI)法提出了新的挑戰。
圖1展示定位於包含PSPI層42之晶圓40上的凸塊41，該PSPI層42位於呈輻射反射層之底層43上方。
凸塊高度為凸塊頂部之高度值與凸塊底部之高度值之間的差值。凸塊底部之高度值為PSPI層之上部表面的高度值。
凸塊頂部之高度值可藉由用輻射21照射(藉由照明單元20)凸塊頂部且收集(藉由影像感測器10)自凸塊頂部反射之輻射31來測定。
當藉由輻射22照射PSPI層時，影像感測器接收(a)來自PSPI層之上部表面的經反射之第一輻射32及(b)經反射之第二輻射33。經反射之第二輻射33係自底層43反射。
經反射之第一輻射22由輻射22之第一部分自PSPI層之上部表面的反射產生。
輻射22之第二部分穿過PSPI層42，達至底層32，由底層43反射，(再次)穿過PSPI層且達至影像感測器。
經反射之第二輻射33引入高度誤差。此使得無法以可靠及精確方式測定凸塊高度。
伴隨晶圓級晶片封裝環節中半導體行業向2至3微米之較小輪廓凸塊發展，此問題變得更加重要且需要解決方案。
發明概要
可提供一種非暫態電腦可讀媒體，其可儲存針對以下之指令：藉由照明單元用第一紫外輻射照射感光性聚醯亞胺層之一區域；其中物件可定位於感光性聚醯亞胺層上，其中感光性聚醯亞胺層可定位於可呈輻射反射層之底層上；藉由第一感測器感測自該區域反射的經反射之第一紫外輻射；且藉由處理器至少部分地基於經反射之第一紫外輻射測定物件之特性。
可提供一種自動光學檢測系統，其可包含第一照明單元、第一感測器及處理器；其中照明單元可經組配以用第一紫外輻射照射感光性聚醯亞胺層之一區域；其中物件可定位於感光性聚醯亞胺層上；其中感光性聚醯亞胺層可定位於可呈輻射反射層之底層上；其中第一感測器可經組配以感測自該區域反射的經反射之第一紫外輻射；且其中處理器可經組配以至少部分地基於經反射之第一紫外輻射測定物件之特性。
可提供一種用於測定定位於感光性聚醯亞胺層上的物件之特性之方法，其中感光性聚醯亞胺層可定位於可呈輻射反射層之底層上。該方法可包含藉由照明單元用第一紫外輻射照射感光性聚醯亞胺層之一區域；藉由第一感測器感測自該區域反射的經反射之第一紫外輻射；且藉由處理器至少部分地基於經反射之第一紫外輻射測定物件之特性。
該方法可包含用第二輻射照射物件；感測可自與物件之底部不同的物件之一部分反射的經反射之第二輻射；且其中物件之特性的測定亦可至少部分地基於經反射之第二輻射。
經反射之第二輻射可自物件頂部反射，且其中物件之特性可為物件高度。
第二輻射可為可見光輻射。
第二輻射可為紫外輻射。
第一紫外輻射之波長可小於四百奈米。
該方法可包含確定是否用第一紫外輻射照射該區域；且僅當確定用第一紫外輻射照射該區域時，才用第一紫外輻射照射該區域。
在確定之前可用與第一紫外輻射不同的第三輻射照射該區域；自該區域收集經反射之第三輻射；且其中確定是否用第一紫外輻射照射該區域可至少部分地基於經反射之第三輻射。
該方法可包含當經反射之第三輻射展現不定性時，確定用第一紫外輻射照射該區域。
第三輻射可為可見光輻射。
用第一紫外輻射照射該區域可包含：藉由紫外光源發射第一紫外輻射；藉由可光學耦合至至少一個光纖的集光器收集第一紫外輻射；經由至少一個光纖且朝向至少一個光學元件傳輸第一紫外輻射；且藉由至少一個光學元件將第一紫外輻射導引至該區域上。
集光器可為徑向對稱的且具有凹面形狀。
集光器可為中空的。
集光器可為塗佈有反射元件之透明體。
至少一個光纖可為光纖束。
至少一個光纖可包含液芯。
第一照明單元可經組配以用第二輻射照射物件；第一感測器可經組配以感測可自與物件之底部不同的物件之一部分反射的經反射之第二輻射；且處理器可經組配以測定亦響應於經反射之第二輻射的物件之特性。
自動光學檢測系統可包含第二照明單元及第二感測器；第二照明單元可經組配以用第二輻射照射物件；第二感測器可經組配以感測可自與物件之底部不同的物件之一部分反射的經反射之第二輻射；且其中處理器可經組配以測定亦響應於經反射之第二輻射的物件之特性。
較佳實施例之詳細說明
由於實施本發明之設備主要由熟習此項技術者已知之電子組件及電路構成，所以對於瞭解及理解本發明之基礎概念而言及為了不混淆本發明之教示內容或自其偏離，除了如上所說明認為有必要之外，否則將在很大程度上不解釋電路細節。
本說明書中對方法之任何提及應在對能夠執行該方法之系統細節上作必要修改後施行，且應在對儲存經電腦執行後，引起執行方法之指令的非暫態電腦程式產品細節上作必要修改後施行。非暫態電腦程式產品可為晶片、記憶體單元、磁碟、光碟、非依電性記憶體、依電性記憶體、磁性記憶體、憶阻器、光儲存單元及其類似者。
本說明書中對系統之任何提及應在對可經該系統執行之方法細節上作必要修改後施行，且應在對儲存經電腦執行後，引起執行方法之指令的非暫態電腦程式產品細節上作必要修改後施行。
本說明書中對非暫態電腦程式產品之任何提及應在對可在施行非暫態電腦程式產品中所儲存之指令時執行之方法細節上作必要修改後施行，且應在對能夠執行非暫態電腦程式產品中所儲存之指令的系統細節上作必要修改後施行。
術語「包括」與「包含」、「含有」或「具有」同義(意謂與之相同之含義)，且呈包括性或開放的且並不排除其他、未列出之要素或方法步驟。
術語「組成」為封閉式(僅確切包含所陳述內容)且不包含任何其他、未列出之要素或方法步驟。
術語「基本上由……組成」限定所指定材料或步驟及不會顯著影響基本及新穎特徵之彼等者的範疇。
在申請專利範圍及說明書中，對術語「包括」(或「包含」或「含有」)之任何提及應在對術語「組成」細節上作必要修改後應用，且應在對片語「基本上由……組成」細節上作必要修改後應用。
在申請專利範圍及說明書中，對術語「組成」之任何提及應在對術語「包括」細節上作必要修改後應用，且應在對片語「基本上由……組成」細節上作必要修改後應用。
在申請專利範圍及說明書中，對片語「基本上由……組成」之任何提及應在對術語「包括」細節上作必要修改後應用，且應在對術語「組成」細節上作必要修改後應用。
在以下說明書中，將參照本發明之實施例的具體實例來描述本發明。然而，將顯而易見地是，可在不偏離如所附申請專利範圍中所闡述的本發明之更廣泛精神及範疇之情況下，對本發明做出各種修改及改變。
提供一種系統及方法，其使用特定波長下之紫外光來實現對超過參考物表面之物件高度的高解析度及高準確性量測，即使當物件具有PSPI層時。
對於PSPI層之頂部上的物件3D度量之應用，高度量測之增加之準確性可藉由使用紫外光獲得，藉此消除來自內部矽表面之第二反射。
此外，儘管使用白光檢測低輪廓凸塊歸因於其(白光之)寬波長光譜限制了區分及偵測低輪廓物件之能力，但使用窄帶紫外光源，其提供了短波長輻射且提供了較高高度量測解析度。
由紫外光源產生之紫外光束可具有較大能量，以便實現接受光子之適當SNR及/或適當數目。
可提供一種用於半導體晶圓之3D度量的系統(參見例如圖3)。系統可併有光學量測。系統60包含用於進行光學量測的紫外光照明源(表示為紫外光源62)。(光學量測可為以下任一者：干涉測量術、WLI-UV、紫外線範圍內之消色差共焦、UV中之三角測量等)。
圖3展示雙照明模式光學件69，其包含白光源61、紫外光源62、第一透鏡(透鏡1) 63、第二透鏡(透鏡2) 65、光束分光器64、第三透鏡(透鏡3) 66、攝影機67及處理器68。
來自白光源61之白光穿過第一透鏡63，穿過光束分光器64，穿過第三透鏡66且到達物件40上。來自物件40之經反射之白光由攝影機67感測，且來自攝影機67之偵測信號由處理器68感測。
來自紫外光源62之UV穿過第二透鏡65，由光束分光器64反射，穿過第三透鏡66且到達物件40上。來自物件40之經反射之紫外線由攝影機67感測，且來自攝影機67之偵測信號由處理器68感測。
應注意，攝影機可由多個感測器，諸如紫外光感測器及白光感測器置換，但使用針對兩個波長之單一感測器可為較便宜且較簡單的。
亦應注意，透鏡及光束分光器僅為AOI之光學組件的非限制性實例。
可提供一種用於半導體晶圓之3D度量之系統。該系統併有光學量測。該系統包含紫外光照明源及可見光(VIS)照明源，其交替使用以進行光學量測。(光學量測可為以下任一者：干涉測量術、WLI-UV、紫外線範圍內之消色差共焦、UV中之三角測量等)。
窄帶紫外光可選作用於感測來自物件之輻射的影像感測器之靈敏度與感光性聚醯亞胺之輻射吸收度之間的權衡(參見例如圖2-曲線圖51，其展示PSPI層之紫外輻射吸收度隨紫外輻射之波長而變化，且曲線圖展示攝影機52之光譜靈敏度對經反射之輻射)。紫外輻射之吸收率應較高，以使傳播通過PSPI層之紫外輻射實質上減弱(由此減弱紫外輻射以免到達底層，且減弱來自底層的經反射之紫外輻射)。曲線圖51展示400奈米之後(參見點53)，減弱出現顯著降低。曲線圖52展示攝影機之靈敏度在約550奈米處具有峰值，但在兩側有所降低(在約400奈米處達至降低之靈敏度)，且在小於350奈米處極低。
其可為例如約395 nm、約405至410 nm及其類似者。窄帶意為其帶寬為數奈米(例如10 nm)。
已發現，紫外光照明源可包含發光二極體或包含其他紫外光源，其並不包括LED (汞燈，繼之以合適濾光器)。
為了增加(經偵測之光子之數目)，可改良紫外光源與其中傳播紫外光之光纖之間的耦合(參見圖4)。
圖4展示呈紫外輻射源之LED模組621。集光器(表示為CPC 622)用於收集來自LED模組621之紫外輻射(所有或至少大部分或至少大量紫外輻射)，且將所收集之紫外輻射提供至一或多個光纖，諸如光纖束623及/或液體光纖波導(其具有液芯)。
光纖安裝件624支撐且維持CPC 622與光纖束623之間的連接。
為了改良耦合及紫外輻射收集，提供一種反射性耦合元件，諸如CPC (內表面可為玻璃光導、反射性金屬或擴散光譜)。CPU將LED模組光學耦合至光纖。CPC之輸入及輸出表面上可具有抗反射性塗層。
平面內外上有光學AR塗層。
光導可為液體光導。
系統可以雙模式-光或紫外光照明-響應於PSPI層之存在(或不存在)操作，如圖5中所示。
圖5之方法80包含以下步驟：
步驟81：啟動照明模組中之光源。
步驟82(步驟81之後)：將掃描光線聚焦於晶圓之上部基板表面上。聚焦之後可自晶圓之上部基板表面收集光，且甚至產生晶圓之經照射之上表面基板的影像。
步驟83：分析影像及其輪廓。
步驟84：檢查是否需要紫外光照明-檢查晶圓之頂部上是否沒有PSPI且是否具有單峰輪廓。當偵測到僅一個光線反射時，獲得單峰。當存在多個反射-諸如圖1之雙反射時，收集到多峰(例如兩個峰)。
若不需要紫外光照明，跳至步驟86：『打開』白光源，『關閉』紫外光源，且用3D高度模組掃描及量測。
若需要紫外光照明，跳至步驟85：『關閉』白光源，『打開』紫外光源，且用3D高度模組掃描及量測。
圖6展示方法90之一實例。
方法90可由步驟91開始：藉由照明單元用第一紫外輻射照射感光性聚醯亞胺層之一區域。可存在定位於感光性聚醯亞胺層上之物件。該物件可具有微觀尺寸(呈微米數量級)。感光性聚醯亞胺層可定位於可呈輻射反射層之底層上。底層可反射紫外輻射及/或白光。
步驟91之後可進行步驟92：藉由第一感測器感測自該區域反射的經反射之第一紫外輻射。
步驟92之後可進行步驟99：藉由處理器至少部分地基於經反射之第一紫外輻射測定物件之特性。
特性可包含物件底部的位置參數(諸如高度值)。
方法90亦可包含步驟94：用第二輻射照射物件。第二輻射可為紫外輻射或可與紫外輻射不同。
步驟94之後可進行步驟95：感測經反射之第二輻射，其可自與物件之底部不同的物件之一部分反射。該部分可為物件之頂部或與物件之頂部及底部不同的部分。為了解釋簡明起見，可假定物件頂部之照射部分。
步驟95之後可進行步驟99。當步驟99之前為步驟95時，則可基於步驟93及步驟95之結果測定，物件之特性的測定亦可至少部分地基於經反射之第二輻射。
藉由比較物件頂部之高度值與物件之底部之高度值(或兩者相減)，步驟99可提供物件高度之指示。
第一紫外輻射之波長可小於四百奈米。
圖7展示方法100之一實例。
方法100可由步驟102開始：用與第一紫外輻射不同的第三輻射照射一區域。該區域為利用第一紫外輻射的感光性聚醯亞胺層之一區域。可存在定位於感光性聚醯亞胺層上之物件。該物件可具有微觀尺寸(呈微米數量級)。感光性聚醯亞胺層可定位於可呈輻射反射層之底層上。
步驟102之後可進行步驟104：自該區域收集經反射之第三輻射。
步驟104之後可進行步驟106：確定是否執行方法900及(尤其)是否用第一紫外輻射照射該區域。
僅當確定用第一紫外輻射照射該區域時，則跳至執行方法900。否則，不執行方法900。
步驟106可包含當經反射之第三輻射展現不定性時，確定用第一紫外輻射照射該區域。不定性可由具有多個反射表示，其可表示至少一個錯誤值。
參照圖8，三角測量方法可掃描凸塊41及包含在底層43之頂部上的PSPI層42的晶圓。藉由投射輻射線進行掃描。
假定白光輻射-圖8展示用輻射21照射(在第一時間點)凸塊頂部以在凸塊頂部上形成光線，其中經反射之輻射31在攝影機上形成光線35。
圖8亦展示藉由輻射22照射(在第二時間點)PSPI層之一區域，在PSPI層之上部表面上形成光線，且經反射之第一輻射32形成攝影機之光線37。經反射之第二輻射33在攝影機上形成另一光線39。攝影機一次應看到僅一個光線，由此存在值得執行方法900之不定性。方法900可包含用紫外輻射照射至少PSPI層之區域且提供單線(未圖示)。可藉由與該區域相關之高度值減去與相關之高度值來估算凸塊高度。
PSPI層之區域可具有任何形狀及大小，但必須與物件具有已知空間關係-例如呈與物件之底部相同之高度。
在前文說明書中，已參照本發明之實施例的具體實例來描述本發明。然而，將顯而易見地是，可在不偏離如所附申請專利範圍中所闡述的本發明之更廣泛精神及範疇之情況下，對本發明做出各種修改及改變。
熟習此項技術者將認識到，上述操作之功能性之間的界限僅為說明性的。多個操作之功能性可組合成單一操作，及/或單一操作之功能性可分佈於額外操作中。此外，替代性實施例可包含特定操作之多個個例，且操作之次序可在各種其他實施例中變化。
因此，應理解，本文中描繪之架構僅為例示性的，且實際上可實施達成相同功能性之許多其他架構。在抽象但仍然確定之意義上，達成相同功能性的組件之任何佈置有效地「相關聯」，使得達成所需功能性。因此，本文中經組合以達成特定功能性之任何兩個組件可視為彼此「相關聯」，以使得達成所需功能性，而與架構或中間組件無關。同樣地，如此相關聯之任何兩個組件亦可視為彼此「可操作地連接」或「可操作地耦合」，以達成所需功能。
然而，其他修改、變化及替代方案亦為可能的。因此，應在說明性意義上而非限制性意義上看待說明書及附圖。
詞語「包括」並不排除不同於申請專利範圍中所列舉之元件或步驟的其他元件或步驟之存在。應理解，如此使用之術語在適當情況下可互換，使得本文中所述之實施例(例如)能夠以不同於本文中所說明或以其他方式描述的彼等定向的定向進行操作。
此外，如本文中所用，「一(a/an)」定義為一個或多於一個。此外，申請專利範圍中諸如「至少一個」及「一或多個」之介紹性片語的使用不應解釋為暗示由不定冠詞「一(a/an)」介紹之另一主張要素將含有此所介紹主張要素之任何特定申請專利範圍限制為僅含有一個此要素之發明，甚至在同一申請專利範圍包含介紹性片語「一或多個」或「至少一個」及諸如「一(a/an)」之不定冠詞時。對於定冠詞的使用亦如此。除非另外陳述，否則諸如“第一”及“第二”之術語用以任意地區分此類術語所描述之要素。
因此，此等術語未必意欲指示此等要素之時間或其他優先排序。在彼此不同之申請專利範圍中敍述某些量測之純粹實情並非指示此等量測不可有利地組合使用。
10‧‧‧影像感測器
20‧‧‧照明單元
21、22、31、32、33‧‧‧輻射
35、37、39‧‧‧光線
40‧‧‧物件
41‧‧‧凸塊
42‧‧‧PSPI層
43‧‧‧底層
61‧‧‧白光源
62‧‧‧紫外光源
63、65、66‧‧‧透鏡
64‧‧‧光束分光器
67‧‧‧攝影機
68‧‧‧處理器
69‧‧‧雙照明模式光學件
80、90、100、900‧‧‧方法
81、82、83、84、85、86、91、92、94、95、99、102、104、106‧‧‧步驟
621‧‧‧LED模組
622‧‧‧CPC
623‧‧‧光纖束
624‧‧‧光纖安裝件
自以下結合圖式進行之詳細描述將更加充分地理解及瞭解本發明，其中：
圖1展示來自PSPI層之先前技術反射；
圖2展示根據本發明之一實施例的響應於PSPI特性及攝影機靈敏度之一系列紫外光；
圖3展示根據本發明之一實施例的系統；
圖4展示根據本發明之一實施例的系統之一部分；
圖5展示一種用於根據本發明之一實施例的雙模式操作之方法；
圖6展示一種方法；
圖7展示一種方法；及
圖8展示高度量測之一實例。

Claims (20)

  1. 一種測定定位於感光性聚醯亞胺層上的物件之特性的方法，其中該感光性聚醯亞胺層定位於為輻射反射層之底層上，該方法包括： 藉由照明單元用第一紫外輻射照射該感光性聚醯亞胺層之一區域； 藉由第一感測器感測自該區域反射的經反射之第一紫外輻射；及 藉由處理器至少部分地基於該經反射之第一紫外輻射來測定該物件之特性。
  2. 如請求項1之方法，其包括： 用第二輻射照射該物件； 感測自與該物件之底部不同的該物件之一部分反射的經反射之第二輻射；及 其中該物件之特性的測定亦至少部分地基於該經反射之第二輻射。
  3. 如請求項2之方法，其中該經反射之第二輻射自該物件之頂部反射，且其中該物件之特性為該物件之高度。
  4. 如請求項2之方法，其中該第二輻射為可見光輻射。
  5. 如請求項2之方法，其中該第二輻射為紫外輻射。
  6. 如請求項1之方法，其中該第一紫外輻射之波長小於四百奈米。
  7. 如請求項1之方法，其包括確定是否用該第一紫外輻射照射該區域；且僅當確定用該第一紫外輻射照射該區域時，用該第一紫外輻射照射該區域。
  8. 如請求項7之方法，其中在確定之前： 用與該第一紫外輻射不同的第三輻射照射該區域； 自該區域收集經反射之第三輻射；及 其中確定是否用該第一紫外輻射照射該區域係至少部分地基於該經反射之第三輻射。
  9. 如請求項8之方法，其包括當該經反射之第三輻射展現不定性時，確定用該第一紫外輻射照射該區域。
  10. 如請求項9之方法，其中該第三輻射為可見光輻射。
  11. 如請求項1之方法，其中用第一紫外輻射照射該區域包括： 藉由紫外光源發射該第一紫外輻射； 藉由光學耦合至至少一個光纖的集光器收集該第一紫外輻射； 經該至少一個光纖且朝向至少一個光學元件傳輸該第一紫外輻射；及 藉由該至少一個光學元件將該第一紫外輻射導引至該區域上。
  12. 如請求項11之方法，其中該集光器為徑向對稱的且具有凹面形狀。
  13. 如請求項11之方法，其中該集光器為中空的。
  14. 如請求項11之方法，其中該集光器為塗佈有反射元件之透明體。
  15. 如請求項11之方法，其中該至少一個光纖為光纖束。
  16. 如請求項11之方法，其中該至少一個光纖包含液芯。
  17. 一種自動光學檢測系統，其包括第一照明單元、第一感測器及處理器； 其中該照明單元經組配以用第一紫外輻射照射感光性聚醯亞胺層之一區域；其中物件係定位於該感光性聚醯亞胺層上；其中該感光性聚醯亞胺層係定位於呈輻射反射層之底層上； 其中該第一感測器經組配以感測自該區域反射的經反射之第一紫外輻射；及 其中該處理器經組配以至少部分地基於該經反射之第一紫外輻射測定該物件之特性。
  18. 如請求項17之自動光學檢測系統，其中該第一照明單元經組配以用第二輻射照射該物件； 其中該第一感測器經組配以感測自與該物件之底部不同的該物件之一部分反射的經反射之第二輻射；及 其中該處理器經組配以測定亦響應於該經反射之第二輻射的該物件之特性。
  19. 如請求項17之自動光學檢測系統，其包括第二照明單元及第二感測器； 其中該第二照明單元經組配以用第二輻射照射該物件； 其中該第二感測器經組配以感測自與該物件之底部不同的該物件之一部分反射的經反射之第二輻射；及 其中該處理器經組配以測定亦響應於該經反射之第二輻射的該物件之特性。
  20. 一種非暫態電腦可讀媒體，其儲存針對以下之指令： 藉由照明單元用第一紫外輻射照射感光性聚醯亞胺層之一區域；其中物件係定位於該感光性聚醯亞胺層上，其中該感光性聚醯亞胺層係定位於為輻射反射層之底層上； 藉由第一感測器感測自該區域反射的經反射之第一紫外輻射；及 藉由處理器至少部分地基於該經反射之第一紫外輻射來測定該物件之特性。
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