TWI302756B - Imaging semiconductor structures using solid state illumination - Google Patents

Description

-1302756 - 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 加以成像和檢視的方法和設備。 牛導體凡件 【先前技術】

:導體卫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 =這種革新已帶領半㈣製造從⑷在單_半導體基板頂 4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 =堆疊的基板之間，於各層其中之—或更多處提供主動^ 电路。运種革新已產生例如微機電系統（Mems)、微光機 電系統（MOEMS)、絕緣體上邦〇1)元件及發光二極體⑽^ 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。在測試和品質控制中，辨識特定晶片/晶圓内缺陷 所使用的各種工具及方法，也大致上對製造(例如，增加良 率的製程控制）及可純（例％，預測並協助控制此領域產 品的失敗參數）的改進有所貢獻。這類工具及方法除此之外 還針對半導體元件加以成像及檢視，尤其是有關這些元件 的半導體結構。因此，當製造革新產生新的半導體結構時， 工具及方法上的革新大致是齊頭並進的，用以對這類結構 加以成像並檢視。 5 .1302756 5 *於在單—半導體基板表面處或附近實質具有主 1而：具和方法。這些工具及方法可對實質位在例如晶圓 I 、 0埃内的晶圓表面處或附近的特徵加以辨識。顯 ^ 一八及方法具有搭配將欲成像或檢視的該些結 構的能力。 一 關於傳統式半導體元件，新的半導體元件大致上需要 4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)加以成像和檢視 '然而，這些相對關特徵可能不位 士該基板表面或其附近。實際上，結合或堆疊的基板内的 廷些相關特徵易位在該些結合或堆疊層的内部(例如，在介 :層裡’包含著該結合本身的特性）。如此’針對這些及其 匕新的半導體元件而言，若使用上述傳統卫具及方法來執 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：ϋ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 使用由燈管所提供的紅外光的高放大倍數光學元件的紅外 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 將一晶圓置於一液體槽中，施加一超音波信號並使用超= 波射摹測里以建構該晶圓結合完整性的映像圖。雖然並 6 1302756 ^ <一起θ波成像術具有一些缺點。這些缺點包含例如該 液體槽浴對電子製造環境具有不利傾向；它不只是增加上 述步驟，同時也在可進行製造前引入額外的步驟（例如清潔 二乾k „亥Β曰圓），且它只能檢視晶圓結合缺陷，使得其它相 關狀況或缺陷要使用額外的成像/檢視工具及/或方法來辨 識/谓測。 中如第1圖所不，紅外線顯微鏡檢查典型地必需使用一 ^素或其它燈泡錢1G搭配料的紅外線高通或帶通遽 :片20’用以產生紅外光。提供該紅外光以透過一光纖導 ^及-鏡頭純3來照射物件5Q。在此架構中，該红外 :係透過該鏡頭系統3内部的分光器導引至物件50。受導 的紅外光大致上係在不同強度下被物件5〇反射回來⑼ 半導體元件的結合特性及其它結構特徵而定），透 3到達一紅外線照相機6〇以捕捉影像。透 == 象，可執行測試和品質控制，例.，檢視相關的 陷：辨識各種狀況幻貞測例如結合或相鄰層中的缺 在紅外線顯微鏡檢查提供 體元件之成像计視# 合或堆疊基板的半導 卞 < 城像和祆視時，顯微鏡檢杳 而言’—典型光源為-南素或其它二m點。舉例 跨包含紅外線在内的—寬二且…其提供的光線橫 見續的頻譜。兔·^丨日 用—適當的濾光片。舉另—例，：仏紅外光而使 置的典型紅外線照相機係為或利用兄：：：統顯微鏡檢查配 一 彳如一光導攝像管照相 1302756 ，、^化鎵偵/則裔、微幅射熱測定器、或其它科學性、專 =丨生或工業級的科技，相較於主流固態成像元件（例如，在 =售商中廣泛銷售給一般消費者的消費者數位式靜態照相 :例子中所使用的標準式、消1級、以矽為基礎的電荷耦 一一件（CCD)或互補式金屬氧化物半導體（CM〇s)影像感測 裔^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 各種相關特徵加以成像及檢視的工具和方&。另夕卜，期待 ^有可對所4 @ |導體元件結構的相關特徵加以成像及檢 :4 /、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i明提供I具和方法，其可廣泛地對所選的半導體 兀件結構的各種相關特徵加以成像及檢視。 本务明也提供工具和方法，其可對所選的半導體元件 特被亚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 成像及見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。 尤其是紅外線輕射 本發明也提供具有增強型輻射源， 1302756 的工具和方法。這類光源被各式各樣地增強，包含例如關 於輪射波長的選擇（包含其中例如隨著時間的變化）、準直 的控制及品質（以及所選與其相距的偏移，包含該偏移係為 一波長函數）、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 係為一波長函數）、工作週期控制（例如，從脈衝式至連續 式，包含忒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。

本叙明也提供工具和方法，其根據或使用科學級及/或 主流固態成像元件任一者或兩者來利用紅外線照相機。 本發明也提供工具和方法，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純—光源及一 固成像70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 基於㈣這類特徵的能力，也基於穿透整個半導體結構的 能力來選擇該紅外線波長。甚至，在本實施例中，該成像 ^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AX成像。太γ丨1 像在本只施例中’光源較佳地係可提供這 類紅外線波長，例如，（a)至少 、J芏乂在_些所選時間及/或一所 選時期下提供給排除在外的i J /、匕波長，及（b)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 中所選相關特徵加以成像的輻 此AH 耵波長而耦接一光源及一固 悲烕像7L件（例如，根據這翻 m像、頦7L件的照相機），以使該光源 9 .1302756 可提供這類波長，而該成像元件並適當地回應這類波長。 在本實施例中’不僅是基於谓測這類特徵的能力，也基於 穿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： 長或波奴。在本貫施例中，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。 根據本發明一普通實施例，提供工具和方法以辨識並 馨回應固態成像元件的量子效率及其它物理特性。這類工具 2方法較佳地回應並發生自各種事實與因素的組合中，包 各·（a)該特定欲成像半導體結構具有已知或已定的半導體 2料（及相關的V隙能量或各能量）且該特定欲成像半導體 構可具有包含典型大小、外形及位置的相關已知或已定 苓數的特徵，（b)輻射波長或波段係根據這類材料、能量及 參數、以及該輕射源的方向、成像元件的光譜反應來做選 擇，（c)選擇並定向該輻射源，其能夠提供所選波長、控制 幸田射特性（包含有關強度、準直、無準直、脈衝產生等等）， .1302756 I# '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a伙4結構背面）傳送該輻射；（d)選擇一鏡頭系統 以傳送所選波長至該成像元件，並將該鏡頭成像能力匹配 於該成像元件的攝影能力（例如，該鏡頭可解析等於或小於 該成像元件所解析的特徵大小的各種大小特徵），以將該些 特徵正確地成I;以及⑷該成像元件可根據相肖於該所選 波長的足夠感光度並具有足以解析該些成像的特徵的感測 胞格大小及數量，以及正確地傳送所選擇的輕射以補抓該 些知·徵的景> 像。為了說明，當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，該輻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偵測特徵之相關 尺寸的一半或少於一半的紅外線波長。甚至，該輻射源較 佳地⑴提供該些所選波長（例如，在適當強度下持續一段充 足的時間）以使該成像元件根據該些所選波長補抓該影像， 也就是，儘管該元件相對於這類波長的不感光，在（ii)排除 所有其它波長以使該成像元件感測胞格不會因這類其它波 長而電性飽和。 這些及其它實施例係更詳述於下列詳細說明及該些圖 形中。 前述並非要徹底述盡本發明所有實施例及特徵。凡是 熟知此項技術之人士可自下列詳述中搭配該些圖式來了解 其它實施例及特徵。 【實施方式】 11 1302756 士本發明代表性實施例係示於第圖中，其中，類似 特徵分享共同參考號。 犬、 •固態成像元件（例如，各種電荷耗合元件（CCDs)或互補 i至屬乳化物半導體（CM0S)影像感測器）已發展出⑷感測 =輕射並⑻在這類人射輻射係代表—影像的情形下補抓 2矢 貝影像。這些成像元件對應並據以執行半導體及入射輕 間已知的物理關係’此關係大致上提供光子與石夕間的 以產生電荷。雖已知，該關係為牵涉到包含該入射光 雜：、=的半導體材料及該半導體材料換雜(例如，捧 複雜^ 捧雜的維度分佈）之各種因素的一相對應 Γ二外線光譜中所選波長而言，本關係提供 千ν體材枓夕多少少可傳送入射輻射。 現。所涉及半導體材料的帶隙能量顯著地顯 本…“篁為一常數。大致上，本帶隙 子蘭-能帶(例如’從一共價帶至該傳導帶)所需要的： 對於該特定半導體材料而言，本帶隙能量遵循下

Ee(材料）=he /又 L中ΛΤ克(plank)常數，c為光在真空中的速率， 而又為入射幸畜射的波長。 3施，於成像時，上述公式可被重述以說明如下列入射 輻射的母一個半導體材料的臨界波長： Λ c > he / Ee(材料） 12 Η 1302756 此重述的公式可用來決定在一特定 體材料Jf子έή ^ +曰 皮長先子與一特定半導 ，轨道^ 是否可能有任何電子因為該些光子血 軌道电子間的反應而 ^ 定Μ Μ f 文激至該傳導帶。在該特 疋材科的臨界波長Ac以上， 特 樣激發-電子，因^射的先子疋不可能這 朽B : 亥些光子是不可能產生攝影用的電 ° s 一特定半導體材料遭受一；ie或更短（也就θ， 對應至超過該材料帶隙能量 ’、疋 彳此里）波長的入射輻射時，弁 導=該些材料原子的碰撞很可能將共價帶電子激發至該傳 當入射輻射超過一材料臨界波長又C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i列出各種 材料中每-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1及料鎵之典型基板材料 其特徵係在於該紅外線光譜中的臨界波長，尤其是近，工外 線光譜。 表格1

下面表彳σ 2係代表入射光子可刺入一典型以石夕為基礎 13

波長(奈米） 穿透深度(微米） 400 0.19 450 1.0 500 2.3 550 3.3 600 5.0 650 7.6 700 8.5 750 16 800 23 850 46 900 62 950 150 1000 470 1050 1500 1100 7600 1302756 的私荷搞合元件的深度。從本表格中可知光子在石夕及其它 半導體材料中的穿透能力（及相反地，吸收能力）係與波長 相依。事貫上，隨著入射輻射進一步進入該紅外線光譜時， 光子傾向於更深地刺入該半導體材料中。也就是，在一固 態成像元件中，較長紅外線波長的光子可更深地刺入該半 v體材料中。在穿透能力超過該元件基板厚度的情形下， 4入射輪射可穿透整個基板及元件。然而，要注意，一光 子穿透至一以矽為基礎的電荷耦合元件或其它固態成像元 件中的深度（及相反地，吸收能力）也會視該光子沿途中所 遇到的其它結構（例如，鈍化層、氧化物層、金屬及多晶矽 互連層、擴散層、主動層保護元件、保護窗口等等）而定。 表格2 14 •1302756

^如丽所述地’當一光子被一固態成像元件所吸收時， 電荷係經由將共價帶電子激發至該傳導帶而產生（也就是， 產生一電子及一電洞）。所產生與該光子相關的電荷量會随 各種因素而變。這些因素包含射在該元件上的輻射量的輻 射功率密度、該元件的總照射期Fa，、及若為脈衝時該輻射 的工作週期。大致上，較大功率密度會有較大電荷產生。 頒似地，較大照射期間及工作週期（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：自由電子（或電洞）的擴散長度 及再結合率，在該兀件表面上的材料（例如，保護構件）化 子及物理天r生’及光子吸收的所在位置及深度(與相關電路 結構的位置及深度有關）。關於該最後因素，若光子在例如 -電荷耦合元件的電位井之位置及深度被吸收，該些光子 :此會產±能有纟利用㈣電荷_纟元件的成像操作的電 何。反之’ ^光子在該電荷耗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 子對該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全屬繁 土复屬虱化物+導體感測器 類之固態成像元件中，_亓株趑λ + 又1豕70忏甲 凡仵將入射輻射轉變成對該元件 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轉合元件的代表性量子 效能(也就是’這些電荷搞合元件及該些曲線不—定對應至 15 .1302756

任何真實的元件或曲線，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 圖提供延伸自料m譜的較長波長、橫跨可見光譜到 2紅外線光譜的資料。如帛2圖所示的，相較於典型的 電荷耦合元件，人類眼睛的明暗視覺(也就是，分別由視網 2中的錐狀細胞及桿狀細胞所引起的）對於任一波長及波長 乾圍兩者而言係非常不敏感的。也如帛2圖所示的，該典 型電荷麵合it件傾向在可見光譜處具有較大量子效能（而產 士感光度），且在近紅外線光譜處及其中具有較低的反應。 每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耦合元件的固態成像 元件中的某些會展現優於其他元件的量子效能。第2圖利 用代表性量子效能來分別說明標示為’，標準’，、”薄背” 件在橫跨多數光譜時大致上展現出增強的執行效率（其中（心 被認為因在許多電荷耦合元件中所建立的保護視窗上常用 到的抗反射膜之故而有波動起伏，（b)在約75〇_875奈米範 圍中的’’特藍”型遭遇到輕微的執行效率下降）。 及”特藍’’（blue plus)型的典型電荷耦合元件。相較於標 準型電荷耦合元件’該，，薄背，，及，，肖藍”型電荷耦合： 某些增強效率的電荷耦合元件，例如第2圖所示的那 些，其在工業上代表了常稱為，，科學級”（有時也稱之為” 專業級”或其它這類的術語）元件類型的特徵。大致上，科 學級固態成像元件提供超過主流固態成像元件（例如，在例 16 1302756 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放能，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 特定區段。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 目之相鄰感測胞格的電荷的”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 件在-面上典型地具有從約4.65微米至大至24微：範： 的早位感測胞格大小，而典型大小易落在6_5至9微米之 間。廷些元件具有從幾千到高達㉟8百萬像素範圍的像素 數量，但典型像素數量易落在〇 3 ” ^ D百萬像素之間。 7L件具有各種總陣列面積；然而，對於那些具有34 百萬像素的示範性元件而言，總陣列八 量對“、 平夕』面積易超過20毫米(測 (M,rp · A ~夕月疋應用科技公司 〇m Apphed Technologies)^ CCD39-01 , ^ -後方照射而具有方形單位感測胞格的電荷耦合元件:、 17 1302756 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6400個像素）的像素量，且只有Μ毫米u % 毫米的總陣列面積。這個晶片的量子效能曲線係示於第3 圖中。該曲線展現出报少到沒有漣波，其係認為起因於缺 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能，兑品質 除反映其它設計及製造選擇外，還可反映在該些感測胞格

^沒有保護㈣及/或可能沒有紅外線截止渡波器(也就 疋，一阻播紅外線波長的光學據波器）。 另一科學級電荷耦合元件範例為新力公司（8仙幻的 ICX285AL。這個晶片提供h5百萬像素，其中每_個單位 感測胞格為6.45微米χ6·45微米。這個晶片具有u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11毫米總陣列面積的主流@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2·5微 米或更少。 ι 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較 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，量子效能不論是在一特定波長、橫跨 18 1302756 一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0 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。為了說明起 見’一或更多這類科學級成像元件可被應用於可對半導體 元件中所選的結構，尤指並非位在該元件表面或附近的這 類結構的相關特徵加以成像和檢視的工具及方法。為了進 一步說明起見，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 缺卩曰）加以成像和檢視。為了如此的成像和檢視，上述一或 更夕成像元件車父佳地係與一或更多輕射源搞接，尤指與增 強的輻射源耦接。在某些波長係有利於或需要對一所選半 V體〜構中所遥的相關特徵加以成像的情形下，該成像元 件較佳地係（_接至提供這類波長的_或更多㈣源並㈨ 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。 在本例巾4 $些波長可p、包含紅外線真 紫外線光譜的波長相結合… 口 、頦、、、° 口係冋時或在不同時間 s 。本例也考慮到-或更多成像元件，ι中每一個成傻 元件可被調到特定波長或波段。 象 根據本發明另一實施例，一或更、& 、 一 可使用。大致上，/;,L恶成像元件 又上’一或更多主流成像元件 施例關於使用科學級 月1J述貫 像件中的所選或所有成像元 19 1302756 件。這類應用不是單獨就是與一或更多科學級固態成像元 件相結合。 根據本發明另一實施例，主流元件可使用以例如對所 I半^肢元件結構的相關特徵加以成像和檢視，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典型較 小感測胞袼較利用該科學級成像元件的感測胞格具有更相 谷的成像大小時。大致上，因較小感測胞格所致的這類主 流元件的使用可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 鏡頭系統，至少比典型地與科學級成像元件有關者較高的 品質（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 和檢視這類特徵，其中這類特徵可透過某些波長（例如紅外 線波長）來加以成像和檢視，且該主流成像元件係適當地回 應上述波長，而該科學級元件不是未回應就是不再多回 應。在k些貝轭例中的任一者，所選波長可使這類特徵不 疋以最好方式就是只利用這類波長來加以成像或檢視。 大致上，在使用固態成像元件方面，該成像元件應在 所選的輻#波長（例如’彡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，基於我們目的而等效地具有足夠的量子效能）。 然而，如則述，包含參考第2圖，包含科學級及主流元件 兩者的固態成像元件在該輻射波長延伸至該紅外線光譜時 20 1302756 大致上展現出減弱的感光度。因此，在所選輻射波長趨近 或位在該紅外線光譜内之情形下，根據本發明一實施例提 供該些成像元件的修正以得到足夠的感光度。這類修正之 一必須移除一主流成像元件的紅外線截止濾光片，該些滤 光片典型地係建立於主流固態成像元件（例如，常固定在該 感測器陣列頂上，或在其上方），且典型地不建立在科學級 成像7L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，在每一個感測胞袼的電位井之 中或附近）或其它改變，用以增加光子在所選（例如，紅外 線）光譜之中或附近的吸收機率。前者的修正大致上易於透 過先則擋住的紅外線波長而增加感光度。後者的修正可應 用以改進例如關於更受限波段之較不寬廣的感光度。這些 及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。 在輻射波長被選擇以整個穿透欲成像和檢視的半導體 材料的I·月形下’ 一合成波長的感光度可與本發明一實施例 有關’其感光度大致上為穿透輻射(例如，其特徵在於其光 言f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，者 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 =域時合成感光度也與本發明一實施例有關，其感 :仙地為該反射輻射(例如’其特徵在於其光譜及光學 1率）及該成像元件的光譜感光度兩者的函數。 K3 21 1302756 上一般而言，根據本發明的實施例提供了工具及方法， 其較佺地利用增強功效的輻射源，尤指配合本發明料想之 工具及方法的其他元件所選擇的輻射。這類增強的輻射源 可以具有優於較傳統的所選輻射源（例如燈管）之各種特色 和/或優點。這類特色和/或優點的範例係針對以下一或多 者：輻射波長的選擇（包含其中例如隨著時間的變化）、準 直的控制及品質(以及所選與其相距的偏移，包含該偏移係 為一波長函數）' 相干性的控制及品質（以及所選與其相距 的偏移）、強度的大小和控制（例如，提供強度的變化，包 含钂變化係為一波長函數）、工作週期控制（例如，從脈衝 式至連續式，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。 根據本發明一實施例，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 顯不並描述於：（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 列的微反射器（MICRO-REFLECTORS ON A SUB1TIIAT£ FOR HIGH-DENSITY LED ARRAY)，，之美國專利案，此申 凊案主張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曰所提申（代理 22 1302756 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日所提申（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日所提申之美國暫時申請案 • 號60/558,205的優先權，以及（d) 2004年11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）’並透過該鏡頭糸統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，例如電荷輛合 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 •1302756 如透過電腦6。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，例如此特徵係與 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。 在第6圖所示之一第二實施例中，該輻射源丨係朝向 所欲成像之結構4的相反於鏡頭系統3和照相機5的那一 側，以提供背光。在本指向中，輻射源的輻射係以不同強 度牙透結構4(也穿透具有此結構4之半導體元件的基板7) 到達該鏡頭系統3，而於電荷耦合元件/互補型金屬氧化物 半導體照相機5形成影像。如此捕捉的影像可以提供做進 一步處理，例如透過電腦6。如同第一實施例，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。在此背光指向上，透過結構4和基板7的 傳迗乃取決於多種因素，如之前所言，包括在沒有金屬或 其他父互連接層或其它材質會阻擋輻射傳送或是把它反射 偏離鏡頭系統3的情形。 在第7圖所示之一第三實施例中，該輻射源丨係朝向 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 經由該電荷耦合元件/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 .1302756 、在第8圖所示之該第三實施例的一個延伸， 4視野照明捕捉多個影像以推論所選結4 訊〇 ill力— < 相關南度資 〇 口為在一已知角度下利用朝向該結構4 ^ 〜罕田射而產生 以衫像（亦即依據輻射源！的指向），所以結構4 '、。構4的給定特徵）可經由測量給定結構或其給定特徵的险 Ζ度而測量到。詳言…高度是測量陰影寬度和韓： 才曰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i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 統口3和電荷搞合元件/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㈣俯視角度的輻射源可使用，以凸顯可 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各種方 向並建構結構4所關連的多方向邊緣外形。 在第10圖所示之一第五實施例中，該輻射源i朝向以 精準地垂直於—半導體基板7表面邊緣的方向發光。由於 如此傳送，在人射角係小於材料的臨界角τ，輻射被内部 全反射留在該材料中。㉟而，每當此輕射遇到-提供此内 部反射的表面上或該處的特徵時，該輻射便傾向於朝向基 板外面’例如從晶片背面離開’而由鏡頭系統3所捕捉和 25 1302756 由電荷耦合元件/互補型全眉 孟屬乳化物半導體照相機5所杰 像。在此，該輕射源1典型上是固態光源，最好是— 列的固件，例如led/vcsel，其㈣穿透—鏡頭 陣列或疋牙透一線性配置的光纖導管。本指向具有之優點 例如包含提供埋在半導濟分生 ^對比。^ μ 件内的特徵（包括缺陷）的增強 視見、 貝矛力上，幸虽射的吸收交扃膝兮λ 丨 次收谷易將该入射光的穿透声 限制在最高幾個毫米攻度 1見上面表格2，例如以不同的波長穿 透矽的情況）。即使如此，當 牙 田J从應用此指向時，其、一妒接 供例如包括内嵌於已切割的半 又 J干等體日日片内的電路、裂縫、 空洞及微粒缺陷之類的答；—^ 曰心頰的月面凡件結構的有用影像。 在第11圖所示之第；眘# 弟五貫轭例的一個延伸，料想到採 多個輻射源la〜Id，各個妒t 固才曰向如弟五貫加例所述。詳言之， 如所示範，此延伸料想到採用四個輻射源，各用騎—切 割方向（上、下、产、 左右），例如用以凸顯内嵌於已切判半 導體晶片内的方向性特徵。|了解可以使用多於或少：四 個輻射源，而不偏離本發明的原理。 本發明其它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）。 、人 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 1302756 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。 •提供各式各樣的選定波長或波段，而使各輕射源發 出特定的波長或波段，並且各輕射源受到獨立的控制，^ 如包括控制以下一或多者：在選定的時刻、選定的時間： 度、選定的強度、可選擇的準直度、選定的脈衝工料期 等等來輕射。舉例而言，可以提供多個陣列，各對陣列提 供在一中心波長附近的明確窄波段，一者是準直的而另一 者則未準直，而使每個陣列可以相對於其他陣列以依序、 同時或其他方式通電’此通電係有個別的時間長度、或連 續地、或呈選定工作週期的脈衝模式，如此可收集該結構 對此施加輻射的各種反應及其資訊（最好還有其處理）、成 像、檢視或者分析該結構，包括相§|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）。 灸例如穿透照明的指向中提供增強的高強度輻 射例如來自一或多個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_ 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 ^02756 因為led和基於led 降低實施的成本和複雜度β &“波段，因此間接 •可輕易實施在背光源與頂光源 •促進清晰的影像，因為發光 ：：離。 因而排除例如色差(其中，在通過鏡頭時不體為=射， 不同轉折）等特定問題。 门波長光線會有 •容易進行準直或不準直。 •窄頻輻射也導致干涉紋，1中ώ 性干涉，故結合缺陷顯現為同心環:、；建設性和破壞 放。•背光可經由簡單地增加咖陣列大小而隨之縮 題 •發光二極體具有穩定 的光輸出-消除燈泡校準的 問 光"極體具長使料命（〜1GGGGG小•不需像燈 泡板在使用1 000小時後要更換。 • 發光二極體為窄頻且不放w 个双置頸外的紅外線（熱）能量 至該檢視靶材中。熱可能會損毀靶材。 或更多波長下選擇 •發光二極體陣列可使用以在一 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。 光學設備 典型地依各種因素來選擇該鏡頭系統。這些因素的範 28 1302756 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毫米至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”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 裔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 寸测昼之應用而言，也可使用一長距離鏡頭。 使用所選之正確放大倍率及塗層以在所選波長（例如， 波般為购_奈米的長可見紅光到近紅外光譜，或 者疋更特定的波段，例如中心在1〇7〇或12〇〇夺米，或在 任何各種波段中，例如1〇5〇_12〇〇奈米、1〇5〇·ΐ3〇〇奈米 或i〇〇(M3〇〇m長範圍）下具有最大透光率的光學設 可使用罪近其光谱感光度《波長上限的高解折度的電 荷輕合元件/互補式金屬氧化物半導體成像元件。 根據本發明之實施例乃利用一高感光度的照相機，其 :於或使用電荷耦合元件/互補式金屬氧化物半導體成像元 1相合元件/互補式金屬氧化物半導體成像元件科技 目較於例如以特定砷化鎵偵測器或微輻射熱測定器之陣列 為主的紅外線照相機科技更成熟。尤其在與特定紅外線照 29 1302756 :::: =時，這個成熟變成電編元件/互補式金屬氧 物+導體成像元件的各種優點： 密度：電荷耗合互補式金屬氧化物半 有^相機市面上可買到高達8百萬像素（相較於典型地具 至0.25百萬像素的典型紅外線照相機）。 半導二㈣:匕電：面：電㈣合元件/互補式金屬氧化物 ^相機通常具有畫面擁取器或例如巧卽州2、 面。& lGG-Base.T類之彈性高速匯流排架構的標準電界 •成本：電荷耦合元件/互補式金屬氧化物 =機係顯著地較此種紅外線照相機便宜（可便宜多達一㈣ 里級）0 •雜訊：電荷耦合元件/互補式金屬氧化物 相機可有各種雜訊表現（例 …、 U j如使用科學級固態成像元件的 A相機較易有較佳的訊噪比，一 Μ X 叙也有比較低的雜訊特 & ) °對於使用成像元件之昭相 g “、、相機，右雜訊無論如何可能是 一問題時，可以容易地且比主 + 匕車乂不貝地猎由冷卻（例如透過 eUler冷卻組件）來降低雜訊。 可經由使用所選輻射波長以 …、 金屬氧化物半導體成像元件 A+ 士 ^ 7 # 口 ^ 互補式 一放A、… 像疋件輪射波長典型上是依據成像 凡牛的光睹反應等因素來做選 、秦Μ+ 1又込擇。一般而言，尤其對於穿 二基板的指向’可以採用紅外線頻帶的輕射，其典型上對 應於基於半導體的成像元件（

十（例如基於矽的CCD和CMOS 感愿ίο之顯著降低的感光度。於—根據本發明的—般實施 30 1302756 ::，提供的工具和方法乃從成像元件中排除(或大致排除) 遙定之紅外線波長或波段以外的輻射波長，而至少在使用 選定波長來成像的時間週期中是維持此種排除。如此，便 克服了成像元件的相對不敏感。也就是說，在沒有讓 =CD/CM〇S成像元件比較有反應的波長存在下，成像元件 ’、對所4波長的窄頻有反應’而影像便反映出此種反應。 此種成像的信號位準最好經由例如打開該鏡頭孔徑、：加 曝光時間、增加電子增益、經由數位式平均所得的多個影 像、、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-根據本發明的—般實施例中，提供的工具和方 $乃辨識和回應於固態成像元件的量子效率和其他物理性 質。此種工具和方法最好回應於和起因於以下多種事實和 因素： 、 (Μ特疋於成像的半導體結構具有已知或已定的半導 體材料（和相關的能帶間隙），且可具有已知或已定參數（包 括典型尺寸、形狀和位置）的特徵（包括狀況和缺陷）； —(Μ依據此材料、能量和參數，以及輻射源指向和成 像兀件的光譜反應，來選擇輻射波長或波段； (c) 選擇一或多個輻射源並加以定向，該輻射源能夠 提供4定的波長，並且以相對於半導體結構的適當指向（例 角又#位置’包括從結構的背面）來傳遞幸畐射，並且最好 技制輻射的特性（包括強度、有無準直、脈衝等等）； (d) 選擇鏡頭系統，以傳送選定的波長至成像元件， 31 Ϊ302756 ;其上形成影像’而此選擇最好使鏡頭的成像能力和成 、凡件的捕捉影像能力相匹配（例如鏡頭所能解析的特徵尺 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採用的一或多個固態成像元件能夠適當捕捉結構 相關特徵（例如其狀況和缺陷）的影像，而至少一成像元 ：有以下屬性：⑴在維持適當傳輸輕射的情形下，對： =疋的波長具有；i夠的感光度以捕捉影像，⑼感測胞格和 致目足以解析欲成像的結構及其相關特徵。 在此-般實施例中，當基於導引所選波長至結構背面 供：射指向來成像時(例如透過基板的成像)，輻射源所提 外線波長最好是夠長，以完全穿透所欲成像的結 而’此波長應該要夠短，以便能將結構和其相關特 :口以成像，包括其中可以驅動成像的各種狀況和缺陷。 理定律-般規定：要將相關維度為χ的元件加以成像， 作用的波長應該是1/2Χ，而且最好是更小。在選擇波長時， —般實施例料想到將此兩因素作調和，此兩因素有時會 :不同的方向(例如’較長的波長以通過基板，但較短的波 ^偵測和適當地將結構及其相關狀況和缺陷加以成像）。 定在此一般實施例中，輻射源最好是：⑴提供選 二的波長(例如於適合的強度、足夠的時間、適當的工作週 ”），而能讓成像元件依據所選波長來捕捉影像，亦即不管 兀件對此波長的相對不敏感《，同時⑻排除所有（或大致 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 1302756 波長所電飽和。 於提 包仃耦〇 7C件/互補式金屬氧化物半導體的使用易 七、各種優點，例如包含： 成本優點。 : ^強解析度及像素大小的選擇彈性（例如，科學級 皆，，匕方、主/;,L P以使工具和方法可以於相同視野下提供細節 及大晝面。易於在一快拍中收集到更多資訊以 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_強 氧化物半 像處理技 影像中的 質判斷的 將具有小 可以各種 臨界值以 大致不影 算下列像 範例性實施例中的電荷耦合元件/互補式金屬 導體照相機拍攝而得的影像可由一或多種數位影 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 污點。這些污點對下一影像增強演算法及主觀品 影響可經由設定該影像的臨界值來減少。為此， 於臨界值的所有像素設定為該臨界值。本臨界值 方式決定，包括憑經驗而決定。無論如何，決定 於應用時減少灰塵在該影像中的影響而不影響（或 I )到其匕影像。要得到一合理臨界值設定可先計 素的均值： 一一 1务 33 1302756 及標準差： σ=^Ιϊ^ Κ Α 7=1 接著定義該臨界值為： t = P - 4 σ 陰衫杈正_非平面照明及該光學設備排列扭曲的結 果易方、‘致在邊緣處係較中心處更黑的影像。陰影校正被 施用以杈主这個問題，且幫助可能是不同照明位準的影像 鲁區域間的定性和定量比較。陰影校正包含使用-均勻背景 做，-权準影像，利用所設定的照明功率使該影像中最亮 的邛分（罪近該中心處）近乎飽和但未使該影像非常飽和。 為了執行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。这 =產生範之像素陣列，其可再被正規化以滿足更 二準之像素靶圍[〇…255]或滿足可適用於下游處理的任一 ……μ ，不干、多 =等等）損傷。刮痕易於添加週期性方向的雜訊至該 聰照相機所得之數位影像中。料痕干擾到 I如樣板㈣、邊㈣測及連接性分析之標準電腦圖像技 1 丁以及操作人員檢視缺陷的能力。因此，數位式爲w L 方向雜訊係有利的。 工 示此 因為該雜訊在傅立葉（Fourier)空問Φ 传嗨门 r展現一強方向# 。^因此移除的演算法：⑴使用快速傅 像轉換至傅立葉領域、⑼分析該轉換影::== 34 1302756 訊、（in)減掉該方向雜訊的一嘉伯（Gab〇r)遽波近似值、及 最後（iv)經由反傅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是-個熟知的直方 圖平坦化技術，其中根據一，，展開，，函數將像素值整體重 新映射。首先，最小及最大灰階被計算。這些計算的位準 則用於依據下式而重新映射該原始像素值·· nx y = (min〇7) + α)) (max(p) - ό) - (ιηίη(^) + a) 本函數具有在等於bits之位元數所代表一 範圍（0...2-])下線性展門，亩古胃 像素的元整動態 明的〜開该直方圖的效應。在根據本發 明的乾例性貫施例中，每一像 可用饪一 1〜 母料使用8位兀，但應了解也 及bmu ’而不偏離本發明的原理。該參數a 大 ^為控制該直方圖的暗位準及明位準。較 a值邊6亥直方圖更被展開，而一或更多p值係併入單一 n值中。較大b值也例如經由讓一或更多p值m 一 值以增加該直方圖的展開程度。 早η . 其匕像素轉換函數也 例如，可以使用以下函數吏…偏離本發明的原理。 P m a X ~~ P C 〇

Pmin: P - d σ nx,y = ~Z^P^y ^Pnm) (尸 max 丨]) 中e及d疋義該展開直方圖的上下限。 光)之==具有不同指向(例如頂光、背光或側 理特徵組。…多影像可以一二象二般可強調不同物 二不同方式相結合，範例 35 1302756 包括： 。各景彡像對的像素可相減以產生 像。本方法為兮s 、、差異影 万去在该頂部半導體基板 的，讓來自該頂伞q u ^ 丁係特別有效 、先反射衫像内含資訊之背 建構的信號雜訊可實質減少。 如 所 所迖二個影像的像素可被 議影像中的顏色通道。 &表-例如 。個別的影像可分別分析其在每-個照明方案 I?皮穩健偵測的特性。測量可在偵測-影像特徵接 者偵測另一影像特徵之間進行。 •解迴旋運算（Deconvolution)_解迴旋運算為一模糊 貢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isky、w T Vettering 及 B.P. 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 in c The Art 〇f Scientific

Computing)”。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 解迴旋運算。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.T· Vettering 及 Β·Ρ· Flannery 在 1992 年出版的第二版 36 1302756 (Cambridge:劍橋大學出版社），，以c語言所寫的數值方法： 科车计异的藝術（Numericai Recipes h c The Art of

Scientific Computlng)”及 R C· G〇nzalez 與 p Wintz 在 1987 年所出第二版（讀本，Massachusetts ·· Addis〇n_Wesiey 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n，原始影像由ccd/cm〇s 照相機捕才足，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pc 就可進行任何一或多種影像處理演算法，而不偏離本發明 勺原理|例而a，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, 如上所述或以其他方式進行陰影校正。在步驟Μ，如上所 >述或以其他方式進行除刮痕。在步驟* 15，如上所述或以其 他方式進行對比增強。 應用 第13圖顯示-典型微機電感測器晶圓夾層的剖面圖。 該基板層_及該巾m 1G2兩者係切所構成，其對近 、’工外線光。曰（NIR)中的波長係透明的。該結合層⑺4將該基 板層100與該帽蓋声〗09 J. 丨目風層102握在一起，並視該晶圓建構方法 的特性而定’可做為一密封之用，以保護元件ι〇6不受環 境影響。該成像和檢視過程的目的為驗證該結合層1〇4的 37 1302756 整合性ΐ —致性，包括當中可能存在的任何缺陷 在此丁範為g洞）。廷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，入射的輕射大致包括所選的紅外線波長或波段，如此 以穿㈣結合層和當中任何相關的特徵（例如上述 缺陷）。 弟14圖顯示用於製造在絕緣體上石夕（SQI)裸晶圓之典 型炫化二合的晶圓夹層的剖面圖。此結構包含基板載體層 11 〇、帽盍層112和結合層！丨4。 在此結構中，該結合層的均勾性和整合性一般是很重 要的。因此’該結合層114中所存在的微粒、空洞或其他 缺陷"6’或甚至稍微的均勻性差異，都是不合意的。據 此’要成像和檢視的相關特徵包括均勻狀況以及該結合層 114相關的任何微粒、空洞或其他缺陷。再次地，這些條 牛矛A 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，入射的輻射包括所選的紅 夕::線波長或波段，如此以穿透到結合層和當中任何相關的 特说（例如上述的條件和缺陷）。在成像時，該結構受到窄 頻汛背光照明’而結合層114存在微粒/空洞時，甚至當 中輕微的均句性差異’ 一般就會引起影像中形成干涉紋。 吏利用見頻照明，此干涉紋（亦稱為環形圖案）亦容易 出現在衫像的結合層缺陷的附近。 昂15圖顯示代表性環形圖案118，其典型上可能形成 於使用根據本發明工具和方法來將熔化結合的晶圓加以成 38 1302756 像時。运些週期柯同 ’圖案易於被眼睛偵測到， 測該些週期性特徵& 彳由為了伯 紋也可用以估測内部缺陷的高度二 =動侦測到。㈣ 明至暗的轉換）的—整個週期對應至入射^_(f暗至明再從 材料之間的距離改變。 固波長的結合 第16圖顯示單—半導體晶圓⑽的 可為已圖案化或未圖案化。在該晶圓12”：二圓120 晶合被劈開並形成一微裂縫122。晶圓12;中:；： ^二：::缺陷124。顯然這類缺陷都是不合意的，並且 統成像和檢視作法⑽員裂縫或缺陷都可能逃過使用傳 的㈣。此外，=1 案、電性或表面檢視， 康使用此曰曰圓120所要建構的電路而定， 固k種Μ裂縫122或缺m 124就 低產量和高成本和/或長期可靠性變差。会接又的 據此，要冰登_ b r^t ^ 早一曰曰51中成像和檢視的相關特徵包括晶 圓m内一的微裂、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# # # | , 要文位〜像中加以辨識和測量。為此，入射的輻 J C括所4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12〇成像，可谓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 痛現'亥半導體元件的各種特徵。在此，典型的圖案化晶圓 39 1302756 130具有元件132，其位在晶圓表面上的一標準袼子裡。 指出該晶圓1 30將被切割成個別獨立的元件丨32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所書出） 在所產生的影像中表現較黑。類似地，組成該切割線^ Μ 的石夕特被及其他環繞晶圓特徵甚至會較該結合區域1 3 6表 現更黑。 參考圖1 7，一用於檢視典型圖案化晶圓的方法具有下 列步驟： 疋位该電路14 0和/或元件1 3 2 (選擇性使用這個位 置來決定下列特徵的偵測）。該電路140和/或元件丨32例 如可由一樣板比對演算法來定位，例如一利用正交化相關 性的演算法可滿足此需求。 •定位該結合區域136的外邊界144。該外邊界144 可利用各式各樣的線偵測或，，卡尺，，工具來定位。這類工 具找出在影像對比區域間的延伸直線位置。 • 定位該結合區域136的内邊界142。該典型不規則 勺内邊界可經由施加各式各樣的線偵測工具以找出例如一 、且接近该内邊界輪廓的短線段而被辨識。較大近似值精確 度可經由增加所使用的偵測器數量而得。 1302756 沿著該結合區域内邊界M2至 該外 • 計算從每一點 邊界144的距離。 •疋位该結合區域136内的所有空洞*、一 使用連接性分析而被辨識。連接性分析〜同可經由 此係考慮前景乃具有大於門根值之灰階的月】厅、契月厅、’ 此門檻值乃依經驗決定，隨著用途一有影像元素。 像而可變化。 予7^件、照明和成 第18圖顯示一半導體封裝應用148的剖面圖。各覆晶 兀件150典型地為在插置材料上而面朝下放 曰 型地該插置材料以玻璃或有機物為主。 拉稞晶，典 &曰# h s t i置的精確度可經 由曰曰片上之對料152的位置與基板i56上的對準輕⑸ 的相關位置加以成像和檢視來確定（例如穿透晶片來成 像）。在圖18中，各對準靶乃顯示有一位移a。 當把兩晶圓對準然後結合時，也有類似的用途。如第 19圖所π ’下基才反160位置在蓋基板162之下。基板… 和164有個別的對準革巴164、166。擺置的 板上之對準……相對位置做成像和檢視= (例如穿透蓋基板來成像在圖19中，各對準乾164、166 乃顯示為對準的。 ^應用本發明原理來成像及檢視係可實現於許多半導體 二構中仁不限於此。這些結構包含例如··微機電元件、 電^耦合元件、互補式金屬氧化物半導體感測器、其它感 測器、光電元件、内含反射鏡的半導體。 足些操作大致上可使用熟知的電腦圖像技術來執行。 41 1302756 一些電腦圖像軟體套件在市場上取得（例如，的

Halc〇…ntel的整合式執行原型(IPP))，其提供-組包羅 萬象的軟體工具。 熟知此項技術之人士 了解一 滸』對已、纟工ό兒明並圖不以說明 本發明天性的零件及動作進杆 n jc 道行、、、田郎、材料及配置上做許多 修改及變化，這類修改；^健乡y " ’交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 第1圖係、使用-紅外線燈泡及滤光片㈣統紅外線 微鏡檢查配置的示意圖。 … 囷·’、員示些典型電荷耦合元件以及典型人眼的 量子效能曲線。 第3圖顯示一典型高效率電荷耦合元件的光譜響應。 第4圖顯示-假想的成像元件之代表性複合感光度的 0 第5圖顯不根據本發明的第一實施例。 第6圖顯不根據本發明的第二實施例。 第7圖？4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。 第9圖顯不根據本發明的第四實施例。 第1 〇圖顯示根據本發明的第五實施例。 第1 1圖顯不根據本發明的第五實施例之延伸。 第1 2圖係-代表性影像處理操作流程圖範命】，其係料 42 丄观/56 想根據本發明來進行。 第13圖顯示一血型 而根據本發明的了 /、 械"感測器晶圓央層的剖面圖， 第圖㈣Λ和料來成像和檢視。 據本發明的工 二型嫁化結合晶圓央層的剖面圖，而根 ^ ^方法來成像和檢視。 弟15圖示範代表性環形圖 荆 本發明的工呈和古1 + 案其典型上可能是於使用 成。 “方法來將-炫化結合裸晶圓加以成像時形 明的=圖：示—單一半導體晶圓的剖面®，而根據本發 月的：具和方法來成像和檢視。 :17圖不範—半導體元件使用根據本發明的工具和方 法來成像時所顯示的各種特徵。 弟18圖顯示—半導體封裝應用的剖面圖，而根據本發 明的工具和方法來成像和檢視。 第19圖顯示兩晶圓校準並結合的剖面圖。 主要元件符號說明】 ' 固態光源、輻射源 2 3 4 5 光纖導管 鏡頭系統 半導體結構 電荷搞合元件/互補型金屬氧化物半導體照 相機 電腦 43 6 1302756

7 基板 10 光源 11 〜15 影像處理操作步驟 20 濾光片 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 1302756

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

45

Claims (1)

1. f !3〇2756 十、申請專利範圍： 1 ’ 一種將標的物之+矣；g；立士 v 的物勺认丄 表面特徵加以成像的系統，該標 的物包括基於半導體的材料 於幻…主 ㈣其具有第-、第二表面和介 於其間的次表面，此系統包括： 具有量子效能的影像感測器，其夠敏感而當使用包括 、到、、々3000奈米的照明輕射波長以使次表面的照明 入射於影像感測器上時，足 、 才疋M將半導體材料的次表面結構 或、、、σ構特徵加以成像；以及 可在前述波長下操作以輸出輻射的固態輻射源、，此輕 射源和影像感測器於此系統中加以排列，使得輸出輕射穿 :弟-和/或第二表面而進入次表面，之後則導向 态0 史2、·如申請專利範圍帛1項的系統，其中排列輕射源和 衫像感測器，以將標的物置於輻射源和影像感測器之間， 如此光線直接通過次表面而到達感測器。 3·如申晴專利範圍第1項的系統，其中配置輕射源 如此將輻射源與影像感測器置於標的物的同一側，而使輻 射L過人表面’並再次通過次表面以反射回到感測器。σ 4·如申請專利範圍第1項的系統，其中可操作輕射源 以輸出包括約1〇5〇到約13〇〇奈米的波長範圍。 、 5·如申請專利範圍第2項的系統，其中可操作韓射原 以輸出包括約1050到約13〇〇奈米的波長範圍。 、 6·如申請專利範圍第3項的系統，其中可操作轉射康 以輸出包括約1〇5〇到約13〇〇奈米的波長範圍。 、 46 φ 1302756 、7·如中請專利範圍第1項㈣統，其中可操作輻射源 以輸出在該波長範圍裡之至少二不同波長的輻射。 8. 如申請專利範圍第1項㈣統，其中I統提供用 於將基於矽的半導體材料加以成像。 9. 如申請專利範圍第丨項的系統，其中標的物包括半 導體元件，其具有次表面半導體結構，此結構具有要加以 成像的特徵。 一 10.如申請專利範圍第i項的系統，其中次表面包括 一結構，此結構包含要加以成像的半導體材料。 ".如申請專利範圍f i項的系統，其中次表面包括二 層或更多層半導體材料，而要將其結構或特徵加以成像。 12. 如申請專利範圍第3項的系統，其中第一和第二 表面其：-者包括反射性材料，其將穿過次表面的輻射： 以反射穿過次表面而到影像感測器。 13. 如中請專利範圍帛i項1系統，其中固態輻射源 包括發光二極體的一或更多個高密度陣列，此陣列提供用 以控制和選擇性變化以下之一或二或所有的組合：所選第 一和/或第二波長的⑴準直、（ii)強度、（iii)工作週期。 14_如申請專利範圍第13項的系統，其中發光二極體 的一或更多個高密度陣列可針對準直加以控制以及相對於 標的物加以配置，如此提供所選之輻射入射角。 1 5·如申請專利範圍第丨項的系統，其進一步包括選 定之一或多個額外的輻射源，以支持用於照射標的物之前 面、月面、側面和/或暗視野的選定組合。 47 1302756 16·如申請專利範圍第】項的系統，其進一步包括影 像處理機制’此機制支持以下一或多I:展開感興趣的區 域、辨識該影像内的邊緣及特徵、自動檢視標的物。 申π專利範圍第1 6項的系統，其中影像處理機 制提供測量配罟A g & % -置在一層+導體材料之間的半導體結構或特 徵的馬度。 \8·如申睛專利範圍帛丨項的系統，其中標的物包括 直接溶化、、、σ 口的半導體材料，*固態韓射源提供輻射的指 向準直、波長、工作週期、相干性和強度的選定組合， 其足以偵測到與此標的物相關的缺陷。 19·如巾料利範圍第丨項I系統，其中影像感測器 捕捉包括至少—對輪之半導體結構的影像。 ^ 2〇·如申請專利範圍第1項的系統，其中影像感測器 提i、用以捕捉代表埋入之缺陷（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。 21. 一種將標的物加以成像的方法，該標的物包括基 於半導體的材# ’其具有第一、第二表面和介於其間的次 表面，此方法包括： 提供具有量子效能的影像感測器，其夠敏感而當使用 包括約750到約3000奈米的照明輻射波長以使次表面的 日刀 PQ P '、?、月入射於影像感測器上時，足以將半導體材料的次表面 結構或結構特徵加以成像； 提供可在㈣述波長下操作以輪出輻射的固態輻射源； 以及 48 # 1302756 ’使得輸出輻射穿過第—和 之後則導向於感測器。 項的方法，其進一步包括放 而到影像感測器，以及輪出 第二表面而進入次表面， 排列輻射源和影像感測器 /或苐二表面而進入次表面， 22·如申請專利範圍第21 置標的物以使輻射通過標的物 輕射以使輕射穿過第一和/或 後則導向於感測器。

   3_如申請專利範圍第21項的方法，其中排 和影像感測器，以將標的物置於賴射源和影像感測器： 間，如此光線直接通過次表面而到達感測器。 24·如申請專利範圍第21項的方法，其中配置_ 源，^咖射源與影像感測器置於標的物的同一側二 使幸田射通過次表面，並再 哭。 I丹人通過认表面以反射回到感測 、、25·如申請專利範圍第21項的方法，其中可操作 源以輸出包括約1〇5〇到㉟13〇〇奈米的波長範圍。 、26·如申請專利範圍第23項的方法，其中可操作輻 源以輸出包括約1050到㈤1300奈米的波長範圍。 如申印專利範圍第24項的方法，其中可操作輻 源以輸出包括約1050到約1300奈米的波長範圍。 28·如申請專利範圍第24項的方法，其中第一 表面其中_去 乐一 、 者包括反射性材料，其將穿過次表面的輻射加 以反射牙過次表面而到影像感測器。 、，省29._如申請專利範圍第23項的方法，其中標的物包括 半導體tl件，並且元件中的金屬層包括反射性材料。 49 參 1302756 30.如申請專利範圍帛22項的方法，其中標的物 微機電系統（MEMS)元件，並且此方法 I 射源和影像感測器，以檢視元件的缺陷。 31·如申請專利範圍第22項的方法，彡中標的物包括 一或多個結合層，並且此方法進一步包括操作輻射源=影 像感測器以檢視標的物，藉以接近結合層介面處的缺陷。 32.如申請專利範圍第21項的方法，其進—步包括捕 Ο 捉代表次表面半導體結構特徵的影像，該特徵包括晶體缺 陷、裂縫、插入物或空洞。 33.如申請專利範圍第21項的方法，纟中固態輻射源 包括發光二極體的一或更多個高密度陣列，此一或更多個 陣列提供用以控制和選擇性變化以下之一或二或所有的組 合：所選第一和/或第二輻射波長的⑴準直、（ii)強度、（iH) 工作週期。 34.如申請專利範圍第21項的方法，其進一步包括操 作固態輻射源，如此當使用穿透半導體材料的波長來成像 時，其他的波長乃大致被排除，藉此影像感測器以對應於 所選之穿透性波長來將該標的物成像。 35·如申請專利範圍第21項的方法，其進一步包括使 用/或多個輻射波長或波段來提供波長，其係夠長以完全 穿透該結構，同時係夠短以便能將該特徵加以成像。 十一、圖式·· 如次頁 50 1302756 分年^月〉日修(更)正本

   第1圖

   1302756

   電荷耦合元件光譜感光性 量子效率 (百分比）

   第2圖 1302756 典型光譜響應(在-20°C) (無祺窗的標準抗反射塗層）

   波長（奈米） 1302756

   信號強度對波長 相對信號強度

   第4圖

   1302756

   第5圖 S 1302756

   第6圖 1302756

   第7圖 1302756

   第8圖 1302756

   义5 鏡頭"12-3 系統

   頂部基板 界面界線 底部基板 第9圖

   1302756 CCD/ CMOS 照相機

   鏡頭 系統

   第10圖 1302756

   第11圖

   1302756

   來自CCD/CM0S照相機的原始影像 12除塵

   第12圖 1302756 108 102 104

   第13圖 1302756

   第14圖

   1302756

   第15圖

   1302756 120^

   124 122 第16圖

   136 1302756

   138 140 氣泡

   144 134 130 第17圖 < S ) 1302756 154

   150 152

   >n^148

   第18圖 156 1302756

   164

   160 第19圖