TWI475202B - 檢測微區域應力之方法與系統 - Google Patents

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Description

檢測微區域應力之方法與系統
本發明涉及應力檢測之技術，特別是一種使用電阻式線上即時檢測微區域應力之方法與系統。
在材料結構中應變計通常用以量測材料之缺陷，因為這些缺陷無法被目視，以致應力必需被測得一個可讀的量或值。但是當材料結構越來越密緻與精細時，使用光的特性去測量表面之應力就成為常用的方式，例如：法布里-珀羅(Fabry-Perot)干涉方法、莫瑞效應(Moire Effect)、或布拉格繞射(Bragg's diffraction)以得到視覺化之偵測結果。
法布里-珀羅干涉儀(Fabry-Perot Interferometer)其結構是利用兩個近乎平行的高反射率鏡片所組成的，此兩面鏡可為兩平面鏡或曲面鏡，入射光線在兩面鏡間做多次反射及折射，兩相鄰的反射光線或穿透光線會產生光程差，所以任何能夠引起腔長變化的物理量，如應力，都可以被測量。
另外，疊紋技術是用來放大微小量測的一個有效工具。例如應用疊紋效應在光學尺中來取得較佳精度。另外，疊紋效應也已廣泛應用在實驗力學中，包括量測表面形變量、分析應 變，求取應力等。
再者，布拉格原理(Bragg's diffraction)是對於一個結晶的固體，其三度空間排列整齊的結構，正好可被視為一種光柵。光學中的雙狹縫干射的實驗，當一同步光源通過一雙狹縫時，若該雙狹縫的間距非常接近光波的波長時，將會發生干射現象。產生干射的原因是X光進入晶體後，X光被各層原子反射出來的路徑不一樣，造成了光程差所致。
目前習知導電線路佈設在表面以檢測應力之方式，是將被測試件上應變(Strain)的變化轉換成電阻變化的感應元件。其中，電阻應變片是一種能將被測試件上應力的變化轉換成電阻變化的感應元件。但是電阻的變化只能測得整個所貼附之區域有應力不均的問題，無法詳細得知整個表面不均勻的狀況，所以只能測得一個值，這個值只能很粗略的顯示有缺陷產生，如第一圖(a)與(b)所示兩種情況的電阻值測得結果相同，但是表面應力結構卻不同，這是一般應變計只求結果而無法得知真實情形所導致。
是以，要如何解決上述習用之問題與缺失，即為本發明之發明人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。
故，本發明之發明人有鑑於上述缺失，乃搜集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗， 經由不斷試作及修改，始設計出此種發明專利者。
本發明之主要目的在於提供一種可以遠距離檢測整個晶圓是否平整無缺陷，以及各個微區域的應力狀況之檢測方法。
本發明之另一目的在於提供一種直接以電流流過導電線路並產生熱焦耳效應所產生之熱影像，做為微區域表面形貌之線上即時檢測系統，可以獲得更準確與清楚之表面應力狀況。
為了達到上述發明目的，本發明係採取以下之技術手段予以達成，其中，本發明檢測微區域應力之方法，包括：提供一基底，其表面為非導電之物質結構；在該基底表面上至少選擇一微小區域均勻的佈設一導電線路；通電至導電線路，使電流流過導電線路並產生熱焦耳效應；偵測導電線路上之熱影像；以及分析熱影像以獲得基底表面應力結構之資訊。
再者，從另一種實施方式中，本發明係採取以下之技術手段予以達成，其中，本發明檢測微區域應力之系統包括：至少一導電線路，係均勻的佈設在一基底之表面，且位於基底表面之非工作區，其中，基底表面為非導電之物質結構；一供電裝置接觸式的連接導電線路並供給有效電流，使導電線路產生熱；一熱影像接收器位於導電線路上方，接收導電線路因通過電流產升之熱影像；以及一計算機電性連接熱影像接收器以接收熱影像，計算機具有一電腦程式模組可以輸入熱影像，求取基底表面之表面應力結構之資訊。
目前，運用熱焦耳效應於表面應力結構之量測，都 是以導電線路之電阻作為量測的依據。然而，表面變形的狀態可能有很多種，電阻量是無法詳細顯示出來。因此，本發明直接以電流流過導電線路並產生熱焦耳效應所產生之熱影像，做為微區域表面形貌之線上即時檢測系統，可以獲得更準確與清楚之表面應力狀況。。
為使本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。
10‧‧‧計算機
20‧‧‧熱影像接收器
30‧‧‧待測物
31‧‧‧導電線路
32‧‧‧基底
40‧‧‧平台
S11~S15‧‧‧方法流程步驟
第一圖所示為習知電阻式應力檢測之示意圖。
第二圖所示為本發明檢測微區域應力之方法流程步驟示意圖。
第三圖所示為本發明檢測微區域應力之系統示意圖。
第四圖所示為本發明檢測微區域應力之導電線路佈設示意圖。
第五圖所示為本發明所擷取之微區域表面在無缺陷情況下所檢測之熱影像示意圖。
第六圖所示為本發明所擷取之微區域表面在有缺陷情況下所檢測之熱影像示意圖。
下面結合圖示和具體操作之實施例對本發明作進一步說明。
請參閱第二圖所示為本發明檢測微區域應力之方法流程步驟。步驟S11：提供一基底，其表面為非導電之物質結構。本發明所述之非導電之物質，亦包含半導體物質，所以基底在一實施例中為半導體基底或矽晶圓基片，其中，矽晶圓為半導體在IC製造上經常被使用之基底，所以矽晶圓表面保持平整而無缺陷可防止生產過程中應力的發生。
步驟S12：在基底表面上選擇微小區域均勻的佈設數個導電線路。導電線路為使用半導體製程的方式所形成之金屬紋路或圖形，如光微影技術(Photolithography)製程，導電線路佈設之區域大小為毫米平方。在另外一實施例中，導電線路可為導電金屬合金之材質。
步驟S13：通電流至導電線路，使電流流過導電線路並產生熱焦耳效應；步驟S14：擷取導電線路上之熱影像。
步驟S15：分析熱影像以獲得基底表面應力結構之資訊。分析熱影像更包括於導電線路產生熱並形成一規則的紋路後，在基底表面上若存在非平面之缺陷，則電流經過非平面之缺陷時，導電線路會因線路電阻不一致，產生不規則紋路之熱影像。
根據上述，在一實施例中，是以紅外線接收器偵測導電線路接通電流或電壓後所產生之熱影像，紅外線接收器將熱影像輸出至一電腦，只需一般軟體就可以清楚顯示有缺陷之微區域的發熱情形比平整區域要高。
請參閱第三及第四圖所示為本發明檢測微區域應力 之系統示意圖。一待測物30係由數個導電線路31均勻的佈設在一基底32之表面，其中，基底32表面為非導電之物質結構，本實施例為一晶圓置放於一平台40上，導電線路31位於晶圓表面之非工作區，且導電線路31佈設之區域大小為毫米(mm)平方。
另外，一供電裝置(圖中未示)接觸式的電性連接導電線路31並供給有效電流，使導電線路31產生熱。基底32表面上若存在非平面之表面結構，則電流經過非平面之表面結構上之導電線路31時，會因電阻不一致，產生不規則紋路之熱影像。熱影像接收器20位於導電線路31上方，接收該導電線路31因通過電流產升之熱影像。在一實施例中，熱影像接收器20為一紅外線接收器。
再者，一計算機10電性連接熱影像接收器20以接收熱影像，計算機10具有一電腦程式模組可以輸入熱影像，顯示基底32表面應力結構之資訊。
根據上述，在一實施例中使用金線做為導電線路佈設在一高分子基材(polymer substrate)上，在線的兩端設有導電接點以連接一電流或電壓源。在另一實施例中導電線路可以為銀或銅這類導電性良好之物質，而目前摻有少部分其它原子之合金亦是較常用之導電金屬。
請參閱第五圖所示為本發明所擷取之微區域表面在無缺陷情況下所檢測之熱影像示意圖，使用本發明在平整之晶圓表面選擇數個微小區域均勻的佈設一金為主要材料之導電線路；接著，通電流至該導電線路後，電流流過該導電線路並產生熱焦 耳效應；最後，偵測該導電線路上之熱影像就如圖所示。
請參閱第六圖所示為本發明所擷取之微區域表面在有缺陷情況下所檢測之熱影像示意圖，使用本發明在晶圓表面選擇一微小區域均勻的佈設以金為主要材料之導電線路；接著，通電流至該導電線路後，在有缺陷的地方(第六圖(a)右上角)因為線路不均勻使得該處產生不規則紋路之熱影像；最後，偵測該導電線路上之熱影像就如第六圖(b)所示，右上角有一顏色較深之區域。
根據上述，紅外線所接收之熱影像，可以直接由肉眼在顯示器上辨識，而且紅外線不須接近整個佈有電路線之區域就可以偵測到該區域之熱影像，也就是可以遠距離檢測整個晶圓是否平整無缺陷，以及各個檢測區域的應力狀況。
本發明一實施例應用於晶圓在半導體製程中，每完成一層處理需要重新檢測表面應力情況時，就可以再佈設電路線，以紅外線擷取熱影像以顯示表面形貌。
本發明克服習知利用電路之電阻量檢測微區域平整度之缺點，直接以電流流過導電線路並產生熱焦耳效應所產生之熱影像，做為微區域表面應力結構之線上即時檢測系統，可以獲得更準確與清楚之表面應力狀況。
透過上述之詳細說明，即可充分顯示本發明之目的及功效上均具有實施之進步性，極具產業之利用性價值，且為目前市面上前所未見之新發明，完全符合發明專利要件，爰依法提出申請。唯以上所述著僅為本發明之較佳實施例而已，當不能用 以限定本發明所實施之範圍。即凡依本發明專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。
S11~S15‧‧‧方法流程步驟

Claims (11)

  1. 一種檢測微區域應力之方法，包括以下步驟：提供一基底，其表面為非導電之物質結構；在該基底表面上至少選擇一微小區域均勻的佈設一導電線路；通電至該導電線路，使電流流過該導電線路並產生熱焦耳效應；偵測該導電線路上之熱影像；以及分析該熱影像以獲得該基底表面應力結構之資訊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之檢測微區域應力之方法，其中該基底為半導體基底或矽晶圓基片。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之檢測微區域應力之方法，其中該導電線路為金屬或金屬合金所形成之紋路或圖形。
  4. 如申請專利範圍第1或3項所述之檢測微區域應力之方法，其中，均勻的佈設一導電線路係使用半導體製程的方式形成，該導電線路佈設之區域大小為毫米平方。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之檢測微區域應力之方法，分析該熱影像更包括於導電線路產生熱並形成一規則的紋路後，在該基底表面上若存在非平面之表面結構，則電流經過該非平面之表面結構上之導電線路時，會因電阻不一致，產生不規則紋路之熱影像。
  6. 如申請專利範圍第1或5項所述之檢測微區域應力之方法，其中更包括以紅外線接收器偵測該導電線路上之熱影像。
  7. 一種檢測微區域應力之系統，包括： 至少一導電線路，係均勻的佈設在一基底之表面，且位於該表面之非工作區，其中，該基底表面為非導電之物質結構；一供電裝置，係接觸式的連接該導電線路並供給有效電流，使該導電線路產生熱；一熱影像接收器，係位於該導電線路上方，接收該導電線路因通過電流產升之熱影像；以及一計算機，係電性連接該熱影像接收器以接收該熱影像，該計算機具有一電腦程式模組可以輸入該熱影像，顯示該基底之表面應力結構之資訊。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之檢測微區域應力之系統，其中該基底為半導體基底或矽晶圓基片。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之檢測微區域應力之系統，其中該導電線路為金屬或金屬合金所形成之紋路或圖形。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之檢測微區域應力之系統，其中該基底表面上若存在非平面之表面結構，則電流經過該非平面之表面結構上之導電線路時，會因電阻不一致，產生不規則紋路之熱影像。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之檢測微區域應力之系統，其中該熱影像接收器係為一紅外線接收器。
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