TWI638976B - 用於以干涉法光學檢查被加工物件的厚度之方法及設備 - Google Patents

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Abstract

一種用於以干涉法光學檢查一被加工物件(2)的厚度之方法，該方法包含一直接檢查階段，其中分析由入射輻射(I)在一外表面(16)上之反射所產生之一次反射輻射(R1)及由物件的一不連續之內表面(17)上之反射所產生之二次反射輻射(R2)之間之干涉結果之光譜，及一預備階段，其中關於由一參考表面(18)分隔與界定的一虛擬厚度(D)之變化的資訊表示被加工物件(2)的厚度變化。在預備階段中，處理是以一次反射輻射與由入射輻射在參考表面上之反射所產生之參考反射輻射(Rref)之間的干涉結果之光譜分析為基礎，參考表面界定一參考光學路徑之長度。
一種實施該光學檢查方法之設備包括一光學探針(6)，其接收及偵測一次、二次及參考反射輻射，及一光譜儀(5)，其分析干涉結果之光譜。

Description

用於以干涉法光學檢查被加工物件的厚度之方法及設備
本發明關於一種用於以干涉法光學檢查一被加工物件的厚度之方法及設備。
本發明可以有利、但非排他性地以干涉法施加檢查具有結構特徵的被加工物件之厚度，例如厚度實質本身、及/或特殊化學成分，以致使光輻射之高吸收亦暗示有例如高摻雜半導體材料(典型上為矽，包括一具有高濃度的不同化學元素或「摻雜劑」像是磷的區域)之切片或晶圓，文後在沒有喪失通用性的情形下即做詳細說明。
半導體材料廣泛用來達成積體電路或電子裝置。例如，一半導體材料切片即可加工以取得微電子機械系統或MEMS。為了增加半導體材料的預定區域中之導電率，故使用俗稱「摻雜」之技術，其係由利用送入一化學元素(例如磷，名為「摻雜劑」)而在預定區域內增加自由電荷數所組成。為了使半導體材料具有近似於金屬之電氣性 質，在預定摻雜區域中之摻雜劑量必須極高，以致使導電率為1000(Ω．cm)-1。在此情況中，吾人稱之為劣化或高度摻雜之半導體材料。
因此，半導體材料切片無論其是否為高度摻雜皆有必要藉由研磨及拋光做機械加工，以達到一等於所想要的值之均一厚度，在此階段，切片加工時必須檢查其厚度，以確保得到確切所想要的值。
用於檢查一半導體材料切片的厚度之習知技術使用不同技藝且主要有兩類。第一類習知技術為接觸型及其意指使用一或多個測頭，其具有機械式探測器可碰觸被加工切片之外表面及偵測其高度相對於例如一參考表面之變化。惟，此類技術可能在檢查期間因為與機械式探測器接觸而損傷半導體材料切片，而且無法容許極薄厚度之檢查，例如小於100微米者。
用於檢查一半導體材料切片的厚度之另一習知技術(即非接觸型)意指使用電容式、電感式(渦電流或其他)、或超音波探針。這些技術在檢查期間不會損傷半導體材料切片，但是在可檢查之尺寸範圍及最大可達成之解析度兩方面皆有限制。
吾人亦需考慮到，特別是當半導體材料切片極薄時，其附著於一具有提供較大機械強度及因而可增進操作之支撐層上(大致上為塑膠或玻璃)。檢查加工外表面相對於一參考表面的高度變化之接觸型及非接觸型的兩習知技術可以給予有關於物件(半導體材料及支撐層)的總厚度之資 訊，但是其未容許半導體材料切片之厚度以相當的準確度檢查，因為支撐層之厚度無法準確得知。
為了克服該習知技術之限制，故使用光學探針及干涉法技術。例如，歐洲專利申請案EP2174092A1號即揭露一用於光學檢查一具有一或多層之半導體材料(例如矽)之切片的厚度之方法及設備。此設備包含一光學探針，係面向被加工之矽切片及連接於一光耦合器。該光耦合器進一步連接於一光源，其放射近紅外線區中的波長範圍內之低相干性光束(因為矽足以由紅外線輻射穿透)，及一光譜儀，其分析由被加工物件內的外表面與內部光學中斷處之表面反射的輻射之間之干涉結果之光譜，特別是來自將矽切片分隔於支撐層之表面(一般是在切片包含多層時)，以及來自其他不連續之表面。
由該輻射通過的一或多個光學均勻層之厚度可從諸分析決定。其中導電率隨著高度摻雜而增加的矽層區域大致上變得較不易由光輻射穿透，特別是對紅外線輻射而言。事實上，因摻雜所致之自由電荷一方面增加了材料本身之導電率，另方面則因吸收與反射機制而減低對於光輻射之穿透(自由電荷數的增加尤其也增加了反射現象)。此現象已屬眾所週知及其例如揭述於P.E.Schmid所著作之「Optical absorption in heavily doped silicon」一文(Physical Review B,Volume 23,Number 10,May 15th 1981)。因此，以干涉法檢查為基礎之習知技術即受限於此穿透性之降低及其不容許檢查較大於特定值之高度摻雜 矽切片之厚度，其隨著摻雜度改變(例如，在導電率顯示1000(Ω．cm)-1之摻雜情況中為100微米)。此類物件之加工因此無法即時適當檢查，特別是在初始階段，亦即厚度整體容易遠大於所想要的最終值。無法確認加工進度及據此調整其速度(至少是直到開始前一刻)，則當厚度極接近所想要的最終值時，將無法保證有相當可靠且準確之檢查：若工具之速度在可以檢查時之瞬間較高，則到達所想要的厚度值時加工即無法正確地停止。
本發明之一目的在達成一種用於以干涉法光學檢查一被加工物件的厚度之方法及設備，此方法及此系統並無上述之不便且其因而可容易及廉價地實施。
根據本發明，上述及其他目的係各別藉由申請專利範圍第1及11項之方法及設備達成。
本發明之目的及優點可從文後之詳細說明中獲得瞭解，其相關於本發明之一較佳實施例，及藉由非限制性範例並參考於附圖。
1‧‧‧設備
2‧‧‧切片
3‧‧‧支撐層
4‧‧‧輻射源
5‧‧‧光譜儀
6‧‧‧光學探針
7‧‧‧透鏡系統
8‧‧‧光學系統
9‧‧‧光學耦合器
10‧‧‧處理單元
16‧‧‧外表面
17‧‧‧不連續之內表面
18‧‧‧虛擬參考表面
21‧‧‧第一層
22‧‧‧第二層
A‧‧‧機架
B‧‧‧加工方向
C‧‧‧研磨機
D‧‧‧虛擬厚度
E‧‧‧支撐件
I‧‧‧入射輻射
M、N、O‧‧‧波峰
R1‧‧‧一次反射輻射
R2‧‧‧二次反射輻射
Rint‧‧‧中間反射輻射
Rref‧‧‧參考反射輻射
S21、S22‧‧‧厚度
T‧‧‧折射輻射
X‧‧‧波峰
Y‧‧‧波峰
本發明參考於附圖並藉由非限制性範例揭述於下，其中：圖1係一用於以干涉法光學檢查一半導體材料切片的厚度之設備之概略圖且部分已移除以利瞭解； 圖2係圖1之半導體材料切片之放大概略圖及側向截面圖，其概念性揭示一根據本發明之檢查階段；圖3係半導體材料切片在本質上習知的檢查階段期間之概略圖及側向截面圖；圖4係半導體材料切片之概略圖及側向截面圖，其中切片之厚度較大於圖3者；圖5a及5b係兩概略圖，其各別揭示來自兩不同光學不連續表面之反射輻射之間的干涉結果之光譜，及做為光學路徑長度的函數之對應傅立葉轉換；圖6a及6b係兩概略圖，其各別揭示來自三個不同光學不連續表面之反射輻射之間的干涉結果之光譜，及做為光學路徑長度的函數之對應傅立葉轉換；圖7a及7b各別係一具有兩層半導體材料之切片之放大概略圖及側向截面圖，及傅立葉轉換做為由該切片之不連續表面反射的輻射之間的干涉結果之光譜的光學路徑長度之函數，其概念性揭示一根據本發明特別實施例之既定檢查瞬間；圖8a及8b各別係一具有兩層半導體材料之切片之放大概略圖及側向截面圖，及傅立葉轉換做為由該切片之不連續表面反射的輻射之間的干涉結果之光譜的光學路徑長度之函數，其概念性揭示一根據本發明特別實施例之既定檢查瞬間，此瞬間係接續圖7a及7b之既定瞬間。
在圖1中，編號1是關於一整體以干涉法光學檢查一物件2的厚度之設備，物件係由半導體材料(例如高度摻雜之矽)之切片構成，其在一工具機上加工，工具機包含一機架A及至少一可動式工具C，例如一適於一旋轉方向上旋轉及藉由一移動系統移動之研磨輪，特別是沿著一加工方向B朝向物件前進。待檢查之厚度從一適於和工具C配合的切片2之外表面16延伸至與外表面16相對的同一切片2之不連續之內表面17，不連續之內表面一般表示切片2與一不同材料元件之間之一不連續表面，不同材料元件係供切片2附接於此及例如指工具機之一部分。
根據圖1所示之實施例，其包含本質上為習知之元件，高度摻雜之矽切片2附著於一支撐層3(大致為塑膠或玻璃)上，支撐層有提供較大機械強度及令切片2較易操作的功能，及不連續之內表面17例如為矽切片2與支撐層3之間之不連續表面。一含有矽切片2與支撐層3之工作件即放置於一支撐件E上，支撐件係與機架A形成一體，其適於在一相反於研磨機C之旋轉方向的預定方向上旋轉及傳送移動給放在固定高度的工作件。
設備1包含一輻射源4，其適於放射近紅外線輻射區中的波長範圍內之輻射線(因為矽即足以由紅外線輻射穿透)，例如低相干性輻射束，一光譜儀5，其適於分析由光學中斷處之表面反射的輻射之間之干涉結果之光譜，該中斷處係分隔出一或多個光學均勻層，及一處理單元10，其連接於光譜儀5，以利接收由光譜儀分析之光譜。處理 單元10可透過一些本質上習知的數學運算以處理分析光譜，及調查分析光譜與處理光譜兩者之給定特徵，例如判斷該處理光譜是否有一或多個波峰特徵，或者反而是該分析光譜有一或多個頻率特徵。從該給定特徵，處理單元10亦可取得關於產生分析光譜的特定反射輻射之資訊，易言之，即關於藉由一光學探針6接收及偵測到該特定反射輻射之資訊。依據該資訊，處理單元10亦可在由處理光譜界定之一或多個波峰基礎上執行切片2之厚度之適當檢查。特別是，根據傅立葉分析(Fourier analysis)做為頻率函數執行一處理，及得知矽之折射指數，處理單元10即可轉換由光譜儀5收到之分析光譜及判斷轉換光譜是否有一或多個波峰特徵，或者反而是分析光譜有一或多個頻率特徵，以便在光譜之分析基礎上確認由產生分析光譜的光學中斷處之表面反射之輻射及最後，該反射輻射由光學探針6接收及偵測。根據其辨識出之反射輻射，處理單元10即可在轉換光譜之該一或多個判斷波峰或者分析光譜之該一或多個判斷頻率基礎上適當處理關於切片2之厚度資訊，亦即檢查此厚度。
光學探針6係一偵測系統之一部分及其例如連接於工具機之機架A，及其面向待檢查且同時被加工之切片2，典型上是在垂直位置，如圖中所示，或者相對於切片2本身之外表面而略呈角度，在此處利用供紅外線輻射行進通過之空氣或液體分隔。光學探針6備有一透鏡系統7，以利將輻射聚焦在待檢查之切片2上，以及接收及偵測由切 片2之表面反射之輻射及該反射輻射之間之可能干涉結果。光學探針6、輻射源4及光譜儀5例如經由光纖線路連接於光學耦合器9。
此外，設備1包括一光學參考件，特別是一具有可調整式組件及區段之光學系統，即本質上為習知且以參考編號8標示，其設置於輻射源4及矽切片2之間。光學系統8界定一虛擬參考表面18，依序決定一參考光學路徑之適當長度，及其連同矽切片2之外表面16分隔並界定一相關於切片2的厚度之虛擬厚度D。圖2之概略圖揭示虛擬厚度D及虛擬參考表面18，且後者在一相對於偵測系統及工具機之機架A及光學探針6呈固定之位置(例如呈固定)，使得參考光學路徑之長度在加工期間不致於改變。 此位置取決於光學系統8之特徵。
在一根據習知技藝以干涉法光學檢查被加工物件的厚度之方法中，特別是同時在旋轉的切片2，輻射源4放射低相干性紅外線輻射束。經由光纖線路，此輻射束到達光學耦合器9及由此傳送至光學探針6，經過透鏡系統7將其在一加工階段期間(例如研磨過程期間)聚焦於待檢查之矽切片2上，以進行半導體材料之持續性表面去除。
如圖3及根據習知技術所示，光學探針6使用時放射低相干性入射紅外線輻射束I。入射輻射I投射至切片2上及一部分在外表面16上反射朝向光學探針6(一次反射輻射束或一次反射輻射R1)，一部分穿過矽切片2內(折射輻射束或折射輻射T)、經過切片2本身內部光學路徑的 一功能之衰減作用、及反射在不連續之內表面17上，從切片2出來及朝向光學探針6行進(二次反射輻射束或二次反射輻射R2)。後者接收及偵測該一次反射輻射R1與同時發生之反射輻射(較明確說為二次反射輻射R2)及該一次反射輻射R1與二次反射輻射R2之間之干涉結果，並將它們傳送至光譜儀5。
如前所述，入射輻射束I係由低相干性輻射組成，即具有不同波長之輻射。在這些輻射之中，輻射之波長係令通過被加工切片2的厚度之光學路徑等於已反射在不連續之內表面17上以後離開切片2之波長本身的整數倍(即其與由外表面16反射之相同波長之輻射同相)。同相輻射之總和決定了干涉之最大值(相長干涉)。反之，一輻射令其波長特徵在於通過被加工切片2的厚度之光學路徑等於已反射在不連續之內表面17上以後離開切片2之波長的奇數倍(即其與由外表面16反射之相同波長之輻射反相)。反相輻射之總和決定了干涉之最小值(相消干涉)。
光譜儀5分析一次反射輻射R1與同時發生的反射輻射(較明確說為二次反射輻射R2)之間之干涉結果的光譜，其特徵在由相長與相消干涉交替決定之可變強度，較明確說為其頻率之正弦波係與通過矽切片2的厚度之光學路徑長度成比例。處理單元10接收由光譜儀5分析之光譜，及應用傅立葉轉換(Fourier transform)處理之。由於從理論可知，正弦波之傅立葉轉換具有一圖形，其顯示出與正弦波本身頻率成比例的光學路徑長度上之一波峰。圖5a及 5b之圖式各別揭示一次反射輻射R1與二次反射輻射R2之間之干涉結果之正弦光譜範例，及根據傅立葉分析轉換之同一光譜並做為光學路徑長度之函數。處理單元10偵測到在中央處產生波峰之光學路徑長度並除以矽之折射指數，及處理有關於切片2的厚度之製程資訊，即其直接檢查該厚度。
重要的是應該注意到，為了方便瞭解，入射輻射I、折射輻射T、一次反射輻射R1及二次反射輻射R2係藉由相對於矽切片2而形成一不同於90°角度之輻射束表示於圖3及4中，但是實際上其可能垂直於或大致垂直於該切片2。
惟，被加工的切片2之最大厚度有限制，輻射(較明確說為折射輻射T)可以通過兩次，第一次從外表面16行進至不連續之內表面17，接著因為不連續之內表面17上之反射而反向行進。此限制同時取決於厚度整體，即其在一研磨操作開始時頗大於加工物件者，及摻雜於已處理切片2之劑型及劑量。例如，用於一高度摻雜矽切片之最大可測量厚度值等於大約100微米。圖4揭示一般發生在高度摻雜的切片2之研磨程序開始時之狀況，折射輻射T之強度在切片2趨於零，及光學探針6並無法接收及/或偵測到任何二次反射輻射R2。因此，處理單元10無法根據習知技術執行上述方法來檢查切片2之厚度，亦即其無法直接檢查厚度。根據本發明，可以操作如下，以克服此項限制。
當被加工的切片2之厚度大於可以直接檢查之最大厚度時，例如研磨程序開始時，根據本發明之一用於檢查旋轉切片2的厚度之方法包含一第一預備階段，其中切片2之加工(其厚度有所變化，特別是逐漸減小)是在虛擬厚度D之變化基礎上檢查。特別是，假設光學探針6及矽切片2之外表面16放置於一距離，致使在外表面16上反射產生之一次反射輻射R1由光學探針6接收及偵測到，光譜儀5即分析一次反射輻射R1與同時發生的反射輻射之間之干涉結果的正弦光譜，後者較明確說為經過預定光學路徑後由光學系統8所放射及由偵測系統接收及偵測、模擬輻射反射在虛擬參考表面18(圖2)上的參考反射輻射Rref。處理單元10接收及轉換由光譜儀5分析過之干涉結果之光譜，判斷出轉換光譜特徵為僅有一可用之波峰，或者是分析過之正弦光譜特徵為僅有一頻率，最後由此確認並無二次反射輻射R2被光學探針6接收或偵測。隨後，處理單元10處理有關於虛擬厚度D之資訊，表示被加工切片2之厚度成為此轉換光譜之一函數。詳言之，處理單元10藉由處理有關於在中央處產生虛擬波峰之光學路徑長度來檢查虛擬厚度D。在此階段，根據本發明之較佳實施例，有一相對應於被加工切片2的厚度減小之變換型式，較明確說為虛擬厚度D隨著研磨程序進行而增加，所以虛擬波峰沿著光學路徑長度之軸線逐漸移動。切片2之加工(故其厚度減小)接著可以在虛擬厚度D變化之基礎上檢查。
研磨程序例如在大致穩定的情況下進行，及虛擬厚度D(或其變換型式)至少在一狀況獲得確認後檢查，即被加工的矽切片2之厚度等於可以用習知方法直接檢查之最大厚度，也就是說由不連續之內表面17上的反射產生之二次反射輻射R2由光學探針6接收或偵測到時。此狀況係在一次反射輻射R1與同時發生的反射輻射之間之干涉結果的光譜分析基礎上，藉由處理有關於利用該至少一光學探針6接收及偵測到二次反射輻射R2之資訊來確認。根據本發明之一用於檢查旋轉切片2的厚度之方法進一步包含一直接檢查階段，其中切片2之厚度係直接檢查。同樣當二次反射輻射R2被接收及偵測時，一次反射輻射R1、二次反射輻射R2及參考反射輻射Rref之中的干涉結果之光譜係由光譜儀5分析及由處理單元10處理。此光譜現在特徵在具有三個正弦函數之總和，其中一者具有可變頻率與通過切片2的縮減厚度(對應於反射輻射R1、R2之間之干涉)之光學路徑長度成比例，另一正弦函數亦具有可變頻率與通過增大的虛擬厚度D之光學路徑長度成比例(對應於反射輻射R1、Rref之間之干涉)，最後者具有固定頻率與通過相同虛擬參考表面18及不連續之內表面17之間的一總虛擬長度之光學路徑長度成比例，這是因為虛擬厚度D及切片2的厚度為固定總和之故(對應於反射輻射Rref、R2之間之干涉)。因此，此光譜之傅立葉轉換其特徵在具有三個波峰，各用於三個表列頻率之各者。經處理單元10處理成為光學路徑長度的函數之此傅立葉轉換 之光譜其特徵仍具有三個波峰，現在位於與三個引用頻率對應之光學路徑值上之中央處。在研磨程序期間，兩波峰沿著光學路徑之軸線移動，此兩個波峰之移動係一致，及一波峰維持不變。圖6a及6b之圖式各別揭示一次反射輻射R1、二次反射輻射R2及參考反射輻射Rref之間的干涉結果之一正弦光譜範例，以及根據傅立葉分析轉換並做為光學路徑長度之函數的同一光譜。處理單元10判斷轉換光譜有該三個波峰特徵及因此在一次反射輻射R1與參考反射輻射Rref之外，其亦確認了二次反射輻射R2，其在此階段中係由光譜儀5分析之光譜產生，或者反而是該分析光譜有該三個頻率特徵，最後由其確認二次反射輻射R2已由光學探針6接收及偵測。處理單元10偵測出在有三個波峰位於中央處之光學路徑值，將它們除以矽之折射指數，辨識相關於所需厚度之資料(例如在統計評估之基礎上)，及處理相關於切片2的厚度之製程資訊，即其直接檢查該厚度，例如使用根據世界專利申請案WO2011/144624號之方法。
一旦波峰出現在通過切片2的縮減厚度之光學路徑上及處理單元10確認二次反射輻射R2已由光學探針6接收及偵測時，直接檢查階段即因此開始且用於檢查虛擬厚度D之預備階段可以結束或者為了提供有利資訊以檢查切片2本身加工情形而保持在操作狀態。關於虛擬厚度D的檢查之使用方式及其他優點係以舉例方式引用於文後。
在一包括多層半導體材料之切片2的加工中，該層係 由物件2的至少另一不連續之內表面分隔，當諸層可直接檢查時，用於個別檢查不同厚度之方法並不容許辨識切片2內有諸層存在之配置方式。例如，切片2包括各具有厚度S21、S22之第一層21及第二層22，如圖7a及8a中所示。除了一次反射輻射R1、二次反射輻射R2及參考反射輻射Rref外，光學探針6接收及偵測由各另一不連續之內表面上的反射所產生之中間反射輻射Rint，在圖式範例中是由第一層21及第二層22之間之不連續表面上的反射所產生，因此第一層21之厚度S21及第二層22之厚度S22可以直接檢查。做為光學路徑函數的對應光譜之圖顯示有兩波峰，其提供用於偵測切片2內之多層的存在及厚度，但是兩波峰並不提供有關於其相對位置之任何指示。 隨著研磨程序進行(通常牽涉到兩層其中僅一者)，相關於調整厚度之波峰經歷一沿著光學路徑軸線之持續移動，同時相關於未加工層的厚度之波峰則大致保持其位置不變。
做為光學路徑函數的對應光譜例如其初始特徵在具有波峰X，其位於波峰Y之右側(圖7b)；隨著研磨程序進行，同一波峰X移到波峰Y之左側，另方面，後者大致維持固定(圖8b)。波峰之移動表示調整層之厚度變化，但是其並不提供有關於被加工切片2內之第一層21及第二層22的相對位置之任何資訊。
除了分隔及界定虛擬厚度D以及虛擬參考表面18本身與不連續之內表面17之間的總虛擬厚度外，圖7a及8a中以D22標示之總虛擬厚度界定了用於第一層21的另一 光學路徑之長度，並且連同各另一不連續之內表面(特別是第一層21及第二層22之間之不連續表面)一起分隔及界定一層虛擬厚度D21。透過光學系統8持續檢查虛擬厚度，做為光學路徑函數之光譜包含另外三個各別相對於虛擬厚度D、層虛擬厚度D21及總虛擬厚度D22之波峰。 因此，兩虛擬厚度D21、D22提供相對於虛擬參考表面18的有關層21、22之資訊，同時總虛擬厚度D22與層虛擬厚度D21之間之差異(D22-D21)表示第一層21相對於第二層22的相對位置。隨著研磨程序進行，如前文之較佳實施例中所述，吾人可以看出虛擬厚度D增長，以及相對波峰沿著光學路徑軸線之持續移到。實際上，波峰相對於虛擬參考表面18與不連續表面之間的虛擬厚度之位置大致不變，所以差異D22-D21亦然。例如，做為光學路徑函數之光譜包含波峰M、N、O(圖7b)；隨著研磨程序進行，波峰M移向右側，而波峰N、O大致維持不變(圖8b)。因此除了直接檢查外，可以做進一步檢查，儘管不甚準確，層之厚度變化及同時在切片2內的第一層21及第二層22的相對位置例如是在根據前引之世界專利申請案WO2011/144624號之方法的統計評估基礎上加工。
圖7b及8b並未揭示另一波峰，相對於被加工切片2之總厚度，即第一層21之厚度S21加上第二層22之厚度S22所得S21+S22，根據理論其係位於波峰X、Y與波峰M、N、O之間，實際上該另一波峰有一通常可忽略不計之振幅特徵，因此所示之波峰可以省略。
較佳地，檢查虛擬厚度D時，亦即切片2之厚度漸減及接近一可直接檢查值時，研磨程序可以持續減緩。在此情況中，當切片2之縮減厚度容許以習知方法直接檢查時，研磨機C之行進速度充分減低以確保可靠且準確之檢查，或者避免所想要的厚度值到達時卻未正確發出信號及加工無法及時停止的危險。
本文內所述用於檢查之方法及設備的變化型式可以在不脫離本發明範疇下達成。
根據用於檢查的設備1之一不同實施例，光學耦合器9可由一循環器或另一具有相同功能之裝置取代，即上述供輻射源4、光譜儀5及光學探針6個別連接之光纖線路。
參考光學路徑可用一相對於圖1的實施例之不同方式達成，其對應於由被加工物件2的外表面16及參考表面18界定之厚度D，後者為虛擬並由光學系統8界定。例如，參考光學路徑可以透過一位於光學探針本身內並有一可調整位置的光學元件上之雙反射達成，或者其可以藉由一位於光學探針6與切片2之間之實質參考表面18達成。
相對於被加工物件的支撐件E及在圖1之實施例中相對於光學探針6產生參考反射輻射Rref之虛擬或實質的參考表面18之位置已可瞭解。在任意情況中，參考表面18及物件2的外表面16之間之一公稱距離可在一測量階段中界定，測量階段容許處理單元10以高準確度偵測光學 探針6及矽切片2之間之初始距離，及依此極準確地在加工期間檢查切片2之厚度或其變化。
或者，偵測系統包含光學探針6，其備有一用於界定參考表面18之系統及用於檢查虛擬厚度D，及另一光學探針，其用於直接檢查切片2之厚度。在根據本發明之此替代性實施例中，參考反射輻射Rref係藉由光學探針6接收及偵測，及二次反射輻射R2藉由另一光學探針接收及偵測，光學探針6至少操作直到另一光學探針接收及偵測到二次反射輻射R2為止，亦即切片2之特徵在具有可以直接檢查之最大厚度。
在根據本發明之一不同實施例中，光學探針6連接於工具機之移動系統及沿著加工方向B與工具C一體行進。根據此不同實施例用於檢查被加工物件2的厚度之方法進一步包含群組工具C之一行進階段-光學探針6趨近物件2，及一後續之物件2實際加工階段。在行進階段期間，例如進行預備階段，因為切片2之厚度大於可以直接檢查之最大厚度，且光學探針6同時接收到由外表面16上的反射所產生之一次反射輻射R1及由參考表面18(例如由光學系統8界定之虛擬表面)上的反射所產生之參考反射輻射Rref。光譜儀5分析此兩反射輻射束之間的干涉結果之光譜。處理單元10接收及轉換由光譜儀5分析之光譜，判斷該轉換光譜是否僅有一虛擬波峰特徵，或者反而是該分析光譜僅有一頻率特徵，及因此確認由光譜儀5分析之光譜所產生的參考反射輻射Rref，易言之，並無二 次反射輻射R2被光學探針6接收及偵測到，及處理有關於虛擬厚度D之資訊做為該轉換光譜之函數。特別是，根據此不同實施例，在加工階段到來之前的此行進階段中之檢查其特徵在虛擬厚度D隨著工具C趨近切片2而持續減小，及切片2本身厚度之不變性。虛擬厚度D在實際加工開始及工具C開始與切片2配合的瞬間到達其最小值。 虛擬厚度D維持固定在其最小值及連同其他資訊(例如有關於研磨機C之行進速度)一起給予指示，即工具C與被加工切片2之間之配合不變，同時後者之厚度持續減小。 在加工期間，當切片2之厚度等於或小於可以用光學探針6直接檢查之最大厚度時，除了一次反射輻射R1及參考反射輻射Rref外，後者亦接收到二次反射輻射R2，及直接檢查階段因此開始。被加工切片2之厚度檢查隨後可以根據習知技術的直接方式執行。同樣在此不同實施例中，如同較佳實施例者，虛擬厚度D之檢查至少是在被加工切片2之厚度等於可以用光學探針6直接檢查之最大厚度時才執行。
大致上，除了加工影響到之層以外，待檢查物件2可以包括一或多層半導體材料(如上所述)，亦即一或多層具有折射指數不同於製成物件2的半導體材料之材料(例如，像是供切片2附接或抵靠之塑膠或玻璃支撐層3)，以及在加工之全程過程中不會改變之厚度。在這些情況中，針對各該層，由光譜儀5分析之光譜包含一頻率呈長時間固定之正弦分量。在本發明之一不同實施例中，處理單元 10可以在通過物件2的厚度之光學路徑長度上自行選擇及處理波峰，甚至是在光學路徑長度呈長時間固定之其他波峰出現在轉換光譜圖中時，例如其根據前引之世界專利申請案WO2011/144624號，使用一基於從光譜儀5接收到的分析光譜之統計分析方法。甚至在此情況中，一旦被加工的矽切片2之厚度可以直接檢查時，直接檢查階段係因此而開始，且用於檢查虛擬厚度D之預備階段可以結束，否則例如可以為了實施檢查製成切片2的多層之相互位置而維持動作。
上述以干涉法光學檢查由一被加工之半導體材料切片2的厚度之方法及設備1、及相關修改型式具有許多優點，其可方便且廉價地實施，且所有上述者皆可在一具有任意厚度之半導體材料物件之所有加工階段(例如研磨)中容許以適當方式檢查。
事實上，習於此技者應清楚看出根據據本發明之檢查一被加工物件2的厚度之方法及設備甚至可以有利地使用在待檢查物件2以低度摻雜或純半導體材料的情況下達成，後者之特徵在光輻射吸收較低於高度摻雜之半導體材料者，但是其特徵在有一初始厚度，以致使其不透光且無二次反射輻射R2由光學探針6接收及偵測到。根據本發明，這項問題可以藉由支援直接檢查切片2的厚度之階段來克服，如上所述，其透過將切片2本身分隔之兩表面上的反射所產生之一次反射輻射R1及二次反射輻射R2的處理，及用於檢查由外表面16(供工具與之配合)與參考表 面18分隔的虛擬厚度D之預備階段。

Claims (15)

  1. 一種用於以干涉法光學檢查藉由工具機而被加工的物件的厚度之方法，該厚度從和該工具機配合的一外表面延伸至該物件的一不連續之內表面，該方法包含以下步驟：藉由一輻射源放射低相干性入射輻射；藉由至少一光學探針將該入射輻射聚焦在被加工的該物件上，該至少一光學探針係一偵測系統之一部分；藉由該偵測系統接收及偵測由該物件之該外表面上之反射所產生之一次反射輻射、及同時發生之反射輻射；藉由一光譜儀分析該一次反射輻射與該同時發生之反射輻射之間的干涉結果之光譜；及在該一次反射輻射與該同時發生之反射輻射之間的干涉結果之光譜分析基礎上處理有關於被加工的該物件的厚度之資訊；該方法包含一直接檢查階段，其中該同時發生之反射輻射係由該物件的該不連續之內表面上之反射所產生之二次反射輻射；且其中該方法進一步包含一預備階段，其中該同時發生之反射輻射係由該入射輻射在一參考表面上之反射產生之參考反射輻射，該參考表面適於界定一參考光學路徑之長度，及連同該物件之該外表面一起分隔與界定一相關於該物件之厚度的虛擬厚度；其中該處理有關於被加工的該物件的厚度之該資訊的步驟包括檢查該虛擬厚度的變化；且其中該直接檢查階段在該預備階段以後發生，且其中該物件於該預備階段期間的厚度大於該物件於該直接檢查階段期間的厚度。
  2. 如申請專利範圍第1項的用於以干涉法光學檢查藉由工具機而被加工的物件的厚度之方法，其中該參考表面係虛擬及由一光學系統界定。
  3. 如申請專利範圍第1項的用於以干涉法光學檢查藉由工具機而被加工的物件的厚度之方法，用於檢查藉由工具機而被加工的物件的厚度，該工具機包含一工具，其與該物件之該外表面配合及可沿著一加工方向相對於該偵測系統移動，其中該參考光學路徑之長度在加工期間並未改變。
  4. 如申請專利範圍第1項的用於以干涉法光學檢查藉由工具機而被加工的物件的厚度之方法，其中該參考表面係在一相對於該偵測系統呈固定之位置。
  5. 如申請專利範圍第1項的用於以干涉法光學檢查藉由工具機而被加工的物件的厚度之方法，進一步包含在該二次反射輻射由該至少一光學探針所接收及偵測時，在該一次反射輻射與該同時發生之反射輻射之間的干涉結果之光譜分析基礎上檢查的步驟。
  6. 如申請專利範圍第1項的用於以干涉法光學檢查藉由工具機而被加工的物件的厚度之方法，其中當該直接檢查階段開始時，該預備階段即停止。
  7. 如申請專利範圍第1項的用於以干涉法光學檢查藉由工具機而被加工的物件的厚度之方法，其中該接收及偵測由該物件之該外表面上的反射所產生之該一次反射輻射、及該同時發生之反射輻射的步驟包括藉由該至少一光學探針接收及偵測該參考反射輻射，及藉由另一光學探針接收及偵測該二次反射輻射，後者係該偵測系統之一部分。
  8. 如申請專利範圍第1項的用於以干涉法光學檢查藉由工具機而被加工的物件的厚度之方法，用於檢查一半導體材料之切片的厚度，同時該切片係在旋轉中。
  9. 如申請專利範圍第1項的用於以干涉法光學檢查藉由工具機而被加工的物件的厚度之方法，用於檢查一高度摻雜矽之切片的厚度。
  10. 如申請專利範圍第1項的用於以干涉法光學檢查藉由工具機而被加工的物件的厚度之方法，用於檢查一包括多層半導體材料之物件的厚度，該層係由該物件的至少另一不連續之內表面分隔，及該參考表面連同各該不連續之內表面一起分隔與界定虛擬厚度，該方法進一步具有以下步驟：藉由該至少一光學探針接收及偵測由該至少另一不連續之內表面上的反射所產生之中間反射輻射；在該參考反射輻射與該中間及該第二反射輻射之間的干涉結果之光譜基礎上處理有關於各該虛擬厚度之資訊；在有關於各該虛擬厚度之資訊基礎上處理有關於該層之厚度及相對位置之資訊。
  11. 一種用於以干涉法光學檢查藉由工具機而被加工的物件的厚度之方法，該厚度從和該工具機配合的一外表面延伸至該物件的一不連續之內表面，該方法包含以下步驟：藉由一輻射源放射低相干性入射輻射；藉由至少一光學探針將該入射輻射聚焦在被加工的該物件上，該至少一光學探針係一偵測系統之一部分；藉由該偵測系統接收及偵測由該物件之該外表面上之反射所產生之一次反射輻射、及同時發生之反射輻射；藉由一光譜儀分析該一次反射輻射與該同時發生之反射輻射之間的干涉結果之光譜；及在該一次反射輻射與該同時發生之反射輻射之間的干涉結果之光譜分析基礎上處理有關於被加工的該物件的厚度之資訊；該方法包含一直接檢查階段，其中該同時發生之反射輻射係由該物件的該不連續之內表面上之反射所產生之二次反射輻射；且其中該方法進一步包含一預備階段，其中該同時發生之反射輻射係由該入射輻射在一參考表面上之反射產生之參考反射輻射，該參考表面適於界定一參考光學路徑之長度，及連同該物件之該外表面一起分隔與界定一相關於該物件之厚度的虛擬厚度；其中該方法進一步包含在該二次反射輻射由該至少一光學探針所接收及偵測時，在該一次反射輻射與該同時發生之反射輻射之間的干涉結果之光譜分析基礎上檢查的步驟，其中該直接檢查階段在該二次反射輻射由該至少一光學探針所接收及偵測時開始。
  12. 一種用於以干涉法光學檢查藉由工具機而被加工的物件的厚度之設備，該厚度從和該工具機配合的一外表面延伸至該物件的一不連續之內表面，該設備包含：一輻射源，其適於放射低相干性入射輻射；一偵測系統，其包含至少一光學探針，該至少一光學探針連接於該輻射源及其面向待檢查之該物件，用於將該輻射源放射之入射輻射聚焦在該外表面上，及其適於接收及偵測分別由該外表面上之反射及該物件的不連續之內表面上之反射所產生之一次反射輻射及二次反射輻射；一光譜儀，其連接於該偵測系統，其適於分析該一次反射輻射與該二次反射輻射之間的干涉結果之光譜；一處理單元，其連接於該光譜儀，其適於在該一次反射輻射與該二次反射輻射之間的干涉結果之光譜分析基礎上處理有關於被加工的該物件的厚度之資訊；一具有一參考表面之光學參考件，該參考表面適於界定一參考光學路徑之長度，及其連同該物件之該外表面一起分隔及界定一相關於該物件之厚度的虛擬厚度；該處理單元適於在該二次反射輻射未由該至少一光學探針所接收及偵測時處理有關於該虛擬厚度之資訊，其表示被加工的該物件之厚度變化。
  13. 如申請專利範圍第12項的用於以干涉法光學檢查藉由工具機而被加工的物件的厚度之設備，其中該光學參考件包含一光學系統及該參考表面為虛擬。
  14. 如申請專利範圍第12項的用於以干涉法光學檢查藉由工具機而被加工的物件的厚度之設備，其中該參考表面係在一相對於該偵測系統之固定位置及該參考光學路徑之長度在加工期間並未改變。
  15. 如申請專利範圍第12項的用於以干涉法光學檢查藉由工具機而被加工的物件的厚度之設備，其中該處理單元適於確認該二次反射輻射已由該至少一光學探針接收及偵測。
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