TWI753005B - 矽物品檢查系統及方法 - Google Patents
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Abstract
一種檢查矽物品之方法包括：用紅外輻射輻照矽物品；透過該矽物品傳輸該紅外輻射之一部分；及過濾透過該矽物品傳輸之該紅外輻射。自該經過濾之紅外輻射採集影像資料，並自該影像資料重建該矽物品之影像。基於該矽物品之該重建影像，識別界定於該矽物品內之一或多種異常。
Description
本揭露係關於矽結構，且更具體地係關於檢測矽結構內之異常。
微電子及微機械裝置諸如積體電路、感測器及致動器通常包括在矽基材上形成之結構。該等結構一般藉由選擇性地向矽基材添加材料及自矽基材去除材料之操作(諸如圖案化、蝕刻、及/或沈積)來形成。矽基材通常固定於裝置內，使得由該等結構提供之功能性可供裝置使用。
一些矽基材及結合部(bond)可包括內部空隙、表面連接裂紋、及內部裂紋。由於裝置可對基材及結合部中之內部空隙、表面連接裂紋、及內部裂紋具有不同敏感度，所以出於表徵給定矽基材對製造所設想結構所需要之過程之適宜性及/或評估併入結合部之裝置之可靠性的目的，給定矽基材或結合部內之此類異常之密度及佈置可係所感興趣的。出於該原因，使用像光學檢查及掃描式聲波顯微鏡(SAM)技術之技術來識別矽基材及結合部內之異常。某些類型之異常可容易藉由光學檢查來辨別。其他類型之異常需要SAM檢查技術來補充光學檢查，以表徵基材或結合部。
此類習知方法及系統一般認為滿足其預期目的。然而，所屬技 術領域中仍需要用於檢查矽晶片之經改進的系統及方法。本揭露提供對此需要之解決方案。
一種檢查矽物品之方法包括：用紅外輻射輻照矽物品；透過該矽物品傳輸該紅外輻射之一部分；及過濾透過該矽物品傳輸之該紅外輻射。自該經過濾之紅外輻射採集影像資料，並自該影像資料重建該矽物品之影像。基於該矽物品之該重建影像，識別界定於該矽物品內之一或多個異常。
在某些實施例中，該矽物品可包括矽晶片。該矽物品可包括連接第一矽物品至第二矽物品之結合部。輻照該矽物品可包括使用鹵素燈輻照該矽物品之整個表面。輻照該矽物品可包括用寬帶輻射、諸如來自鹵素燈之寬帶輻射輻照該矽晶片。
根據某些實施例，該寬帶輻射可包括可見輻射。該寬帶輻射可包括紅外輻射。該寬帶輻射可包括以1200奈米為中心之窄帶。該窄帶輻射可具有約20奈米或更小之帶寬。可設想，該方法可包括區分界定於該矽物品內之空隙、表面連接裂紋、及內部裂紋。
亦可設想，根據某些實施例，採集影像資料可包括在寬帶感測器陣列處接收該經過濾之輻射。採集影像資料可包括於在約800奈米與約1700奈米之間延伸之波長帶內測量該經過濾之輻射。重建該矽物品之影像可包括重建包括矽晶片之凹口之影像。識別界定於該矽物品內之該一或多個異常可包括識別界定於該矽物品內之空隙、表面連接裂紋、及內部裂紋中之一或多者。
一種矽物品檢查設備包括照射器、感測器陣列、操作器、及濾 波器。該照射器經配置以用寬帶輻射照射矽物品。該感測器陣列經光學耦合至該照射器，並經配置以自由該照射器發射並由該矽物品傳輸之輻射生成影像資料。該操作器經配置以將該矽物品插入界定於該照射器與該感測器陣列之間之檢查位置及自該檢查位置移除。該濾波器經設置於該檢查位置與該感測器陣列之間，並傳輸以1200奈米為中心之窄帶輻射。
在某些實施例中，該照射器可包括鹵素燈。該矽物品可具有界定於體矽層及第一矽層與第二矽層之間之結合部內的表面連接裂紋、內部裂紋、及空隙中之一或多者。該感測器陣列可在900奈米與1700奈米之間之波長帶內具有高響應度。該濾波器對1190奈米與1210奈米之間之窄帶外的入射輻射可係不透明的。
一種矽物品檢查系統可包括如上文所述之矽物品檢查設備及控制模組。該控制模組係操作性地連接至該矽物品檢查設備，該控制模組回應於記錄於非暫時性機器可讀介質上之指令而執行以上所述之方法。
藉由以下結合附圖對較佳實施例進行的詳細描述，本揭露之系統及方法之這些及其他特徵對於熟習此項技藝者將變得更容易明白。
A‧‧‧寬帶輻射
B‧‧‧經衰減之輻射
C‧‧‧窄帶輻射
D‧‧‧影像資料
E‧‧‧影像/晶片圖影像/晶片影像
F‧‧‧晶片影像
10‧‧‧矽晶片
12‧‧‧表面
14‧‧‧下表面
18‧‧‧內部空隙
20‧‧‧表面連接裂紋
22‧‧‧內部裂紋
30‧‧‧矽物品
32‧‧‧第一矽層
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36‧‧‧結合部
38‧‧‧內部空隙
40‧‧‧表面連接裂紋
42‧‧‧內部裂紋
100‧‧‧矽物品檢查系統/系統
102‧‧‧矽物品檢查設備
104‧‧‧控制模組
106‧‧‧照射器
108‧‧‧物品操縱器
110‧‧‧濾波器
112‧‧‧陣列
114‧‧‧紅外透鏡/透鏡
116‧‧‧鏈路
118‧‧‧輻射源
119‧‧‧檢查位置
120‧‧‧光軸
122‧‧‧窄帶輻射源
126‧‧‧處理器
128‧‧‧接口
130‧‧‧顯示器
132‧‧‧記憶體
134‧‧‧程式模組
200‧‧‧矽物品檢查系統
202‧‧‧矽檢查設備
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212‧‧‧陣列
300‧‧‧方法
312‧‧‧方框
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340‧‧‧方框
350‧‧‧方框
360‧‧‧方框
362‧‧‧方框
364‧‧‧方框
366‧‧‧方框
為了熟習本揭露所屬技藝者容易理解如何製造及使用本揭露之裝置及方法而無需過度實驗，本文將參考某些圖式在下文對本揭露之實施例進行詳細描述，其中：圖1係根據本揭露構建之晶片檢查系統之一示例性實施例的示意圖，其示出傳輸自照射器接收之輻射至窄帶濾波器之矽晶片；圖2係根據本揭露構建之晶片檢查圖之另一個示例性實施例的 示意圖，其示出傳輸自照射器接收之輻射至窄帶濾波器之矽物品；圖3係檢查矽物品之方法之方塊圖，其示出用於在感測器陣列處使用自濾波器接收之輻射生成影像資料之操作；圖4A及圖4B係矽晶片之影像，其示出該晶片內之異常，如使用根據紅外成像技術及掃描原子顯微鏡技術採集之影像資料所指示。
現在將參考附圖，其中類似元件符號識別本揭露之類似結構特性或態樣。出於解釋及說明之目的且非限制性地，圖1中示出根據本揭露之矽物品檢查系統之示例性實施例的局部視圖，且該矽物品檢查系統一般由元件符號100標示。圖2至圖4中提供根據本揭露之檢查矽物品之矽物品檢查系統、設備、及方法的其他實施例或其態樣，如將描述的。本文所述之系統及方法可用於檢查矽物品諸如矽晶片之異常，像裂紋及內部空隙。
參考圖1，示出矽物品檢查系統100。矽物品檢查系統100包括矽物品檢查設備102及控制模組104。矽物品檢查設備102包括照射器106、物品操縱器108、濾波器110、及陣列112。矽物品檢查設備102亦包括紅外透鏡114及鏈路116。控制模組104操作性地連接至矽物品檢查設備102，且在所示出之示例性實施例中，通過鏈路116操作性地連接至照射器106、物品操縱器108、及陣列112。
照射器106具有輻射源118。輻射源118包括用於照射矽晶片10之寬帶輻射源。輻射源118係寬帶輻射源，在所示出之示例性實施例中，該寬帶輻射源生成在電磁波譜之可見部分及電磁波譜之紅外部分二者內之輻射。可設想，輻射源118可包括鹵素燈泡。鹵素燈泡可經配置以照射矽 晶片10之基本上整個表面12。如熟習此項技藝者鑒於本揭露將瞭解的，在矽晶片10相對於輻射源118固定的情況下照射矽晶片10之基本上整個表面藉由消除對在檢查期間相對於矽晶片10移動任一個(或兩個)照射器106之需要來提高處理量。如熟習此項技藝者鑒於本揭露亦將瞭解的，鹵素燈相對便宜，使得矽檢查系統100操作起來相對便宜。
在某些實施例中，照射器106可包括窄帶輻射源122。窄帶輻射源122具有創建相對低功率、較低操作溫度之系統的優點。這潛在地去除對濾波器110之需要，從而降低系統100之複雜性及/或成本。
晶片操縱器108經配置以將矽晶片10定位在照射器106與陣列112之間之檢查位置119處。可設想，晶片操縱器108經配置以沿著在照射器106與陣列112之間延伸之光軸120調整矽晶片10之位置。在這一點上，晶片操縱器可經組態以將矽晶片10定位成使得矽晶片10之基本上整個表面由照射器106照射。
陣列112包括回應於沿著光軸120接收之紅外輻射之光電二極體陣列。光電二極體陣列使用由照射器106發射且由矽晶片10自照射器106沿著光軸120傳輸之紅外輻射生成影像資料D。當紅外輻射由矽晶片10傳輸時，經傳輸之輻射由矽晶片10調節以包括與設置於矽晶片10內之異常(例如，內部空隙18、表面連接裂紋20、及內部裂紋22)相關之資訊。
陣列112沿著光軸120光學連接至透鏡114，且軸向配置在透鏡114的與檢查位置119相反的一側上。透鏡114可經配置以收集沿光軸120行進之紅外輻射，並使陣列112之孔與矽晶片10之下表面14之傳輸區域匹配。這使得矽物品檢查系統100能夠採集具有不同大小之矽晶片、例如4 吋、6吋、8吋、或12吋晶片之影像資料。可設想，陣列112回應於具有900奈米與1700奈米之間之波長的紅外輻射。適合照相機配置之實例包括緊湊大型InGaAs照相機，諸如可購自New Jersey的Princeton的Sensors無限公司(一家聯合技術航空航天系統公司)之SU640KTS-1.7RT型號紅外照相機。
現有矽晶片缺陷檢測技術、諸如掃描式聲波顯微鏡(SAM)檢查、近紅外(NIR)成像、及寬帶短波紅外(SWIR)成像對檢查過程強加限制。SAM檢查通常能夠全面地識別矽晶片中之缺陷，但不能在異常類型之間進行區分、緩慢且與成像相比相對昂貴。NIR成像及寬帶SWIR成像與SAM檢查相比相對快速，但可能不能檢測所有異常類型。
使用離散波長檢查方法，申請人已確定1200奈米周圍之窄帶內之紅外輻射實現低成本、對矽晶片內之內部異常的高速定量、以及根據異常類型對異常的分類。在這一點上，不受特定模型或機制限定地，據信限定內部空隙之氧化矽之吸收率與限定表面連接裂紋或內部裂紋之天然矽的不同之處在於：在約1200奈米之波長下，內部空隙係可在使用由矽晶片傳輸之紅外輻射採集的圖像中區分的。這使得能夠根據異常類型以及總異常來對矽晶片進行分級，而無需使用掃描原子顯微鏡(SAM)技術。如熟習此項技藝者將瞭解，這簡化在例如矽晶片再循環期間對矽晶片進行分級之過程。
濾波器110經組態以傳輸具有在包括1200奈米之窄帶內之波長的輻射，且沿著光軸120經配置於照射器106與陣列112之間。濾波器110傳輸具有以約1200奈米為中心之窄帶之紅外輻射。根據某些實施例，窄帶 在1190奈米與1210奈米之間延伸，從而消除對濾波器110之需要。亦可設想，經傳輸之紅外輻射可具有僅1200奈米之波長。過濾經傳輸之輻射至包括1200奈米之窄帶減小由陣列112接收之紅外輻射之訊噪比。值得注意的是，由於使得能夠對缺陷進行分類之資訊呈現為存在於包括1200奈米之有限帶寬內，所以過濾紅外輻射至1190奈米至1210奈米之範圍內改進在陣列112處接收之與異常相關之資訊的訊噪比。
控制模組104包括處理器126。處理器126與接口128、顯示器130、及記憶體132通信。記憶體132包括上面記錄有複數個程式模組134之非暫時性機器可讀介質。程式模組134包括記錄在其上之指令，該等指令在由處理器126讀取時引起處理器126採取某些行動。檢查矽物品、諸如矽晶片10及/或矽物品30之方法之實施例(於圖2中示出)在這些行動之中。應理解及瞭解的是，控制模組104可實現為軟體、電路或者實現為軟體及電路二者。
例如，在所設想實施例中，控制模組104引起照射器106沿著光軸120發射包括可見波長及紅外波長之寬帶輻射A。矽晶片10接收寬帶輻射A並沿著光軸120傳輸經衰減之輻射B。可設想，經衰減之輻射B包括紅外輻射，且在某些實施例中，基本上不包括具有可見波長之輻射。
濾波器110沿著光軸120接收經衰減之輻射B，對經衰減之輻射B進行窄帶過濾，並沿著光軸120傳輸窄帶輻射C。窄帶輻射C具有以1200奈米為中心之帶寬。在某些實施例中，窄帶輻射C具有在1190奈米與1210奈米之間延伸之帶寬。根據某些實施例，窄帶輻射C局限於具有僅1200奈米之波長之輻射。窄帶輻射C包括與矽晶片10內之空隙及/或裂紋相關之 資訊，陣列112將該資訊作為影像資料D提供給控制模組104。控制模組104使用影像資料D重建矽晶片10之影像E(於圖4A中示出)，影像E指示界定於矽晶片10內之內部空隙18、表面連接裂紋20、及內部裂紋22之位置。
參考圖2，示出矽物品檢查系統200。矽物品檢查系統200類似於矽物品檢查系統100，且另外包括具有矽物品操縱器208之矽檢查設備202。矽物品操縱器208經配置用於定位矽物品30，該矽物品30具有第一矽層32，該第一矽層32由結合部36聯接至第二矽層34。結合部36包括內部空隙38、表面連接裂紋40、及內部裂紋42中之一或多者。在由陣列212生成之影像資料中可辨別出內部空隙38、表面連接裂紋40、及內部裂紋42，該影像資料用於生成適用於檢查結合部36之圖像。
參考圖3，示出檢查矽物品、例如矽晶片10(在圖2中示出)或矽物品30(在圖2中示出)之方法300。方法300包括輻照矽物品，例如寬帶輻射A(在圖1中示出)。輻照矽物品可包括用鹵素燈、例如輻射源118(在圖1中示出)照射矽物品，如方框312中所示。輻照矽物品可包括用可見輻射輻照矽物品，如方框314所示。輻照矽物品可包括用紅外輻射輻照矽物品，如方框316所示。
方法300亦包括使用矽晶片傳輸輻射之一部分，如方框320所示。可過濾經傳輸之輻射，如方框330所示。過濾可使用濾波器(例如，濾波器110)進行，該濾波器排除預定窄帶外的輻射，如方框332所示。窄帶可以1200奈米為中心。窄帶可在1190奈米與1210奈米之間延伸。窄帶可包括局限於僅1200奈米之波長之輻射。
自經傳輸之輻射採集影像資料，例如影像資料D，如方框340所示。影像資料可使用回應於紅外輻射之陣列(例如，陣列112)(在圖1中示出)自濾波器輻射採集。自影像資料重建矽物品之影像，例如影像E(在圖4中示出)，如方框350所示。
使用矽物品之經重建之影像，在經重建之影像中識別異常，如方框360所示。異常可包括內部空隙，如方框362所示。異常可包括表面連接裂紋，如方框364所示。異常可包括內部裂紋，如方框366所示。可設想，用於重建矽物品之影像之影像資料具有適用於區分內部空隙與其他類型之異常(諸如使用邊緣檢測或其他影像辨識技術)之資訊。
參考圖4A及圖4B，示出具有內部空隙、表面連接裂紋、及內部裂紋之矽晶片之示例性影像。參考圖4A，示出使用自矽物品檢查系統100(在圖1中示出)接收之影像資料構建的晶片映射影像E。值得注意的是，在使用自矽物品檢查系統100接收之影像資料重建之晶片圖影像E中可辨別出在SAM資料中識別之每一缺陷。此外，晶片影像E中所指示之異常具有不同對比度，它們允許藉由缺陷類型對異常進行分組。在這一點上，晶片影像E中之較暗異常指示內部空隙18之位置。相對淺的異常指示表面連接裂紋20之位置。中等暗度異常指示內部裂紋22之位置。
關於圖4B，示出使用SAM影像資料重建之晶片影像F。值得注意的是，在圖4B中不可辨別出關於異常之類型之資訊，這使得基於晶片內之空隙度及分佈進行分類變困難、與晶片影像E相比更具挑戰性。
如上文所述且如附圖所示之本揭露之方法及系統提供具有優異特性之矽物品檢查設備、系統、及方法，該等優異特性包括快速識別矽晶 片、層、及矽層之間之結合部內之內部空隙的能力。雖然已參考較佳實施例示出並描述本揭露之設備及方法，但熟習此項技藝者將容易瞭解，可在不背離本揭露之範圍之情況下對本揭露做出改變及/或修改。
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Claims (17)
- 一種檢查一矽物品(silicon article)之方法，其包含：用紅外輻射(infrared radiation)輻照該矽物品，其中該矽物品係一矽晶片(wafer)；透過該矽物品傳輸該紅外輻射之一部分；過濾透過該矽物品傳輸之該紅外輻射；自該經過濾之紅外輻射採集(acquire)影像資料；使用自該經過濾之紅外輻射採集之該影像資料重建(reconstruct)該矽物品之一影像；及自該經重建之影像識別界定於該矽物品內之一或多個異常(anomaly)，其中過濾該紅外輻射包括過濾該紅外輻射為在1190奈米與1210奈米之間延伸之一輻射窄帶內，其中識別界定於該矽物品內之一或多個異常包含識別界定於該矽物品內之一空隙(void)、一表面連接裂紋(crack)、及一內部裂紋之一或多者。
- 如申請專利範圍第1項之檢查該矽物品之方法，其中該矽物品包含將一第一矽層與一第二矽物品互連起來之一結合部(bond)。
- 如申請專利範圍第1項之檢查該矽物品之方法，其進一步包含使用一鹵素(halogen)燈輻照該矽物品之一整個表面。
- 如申請專利範圍第1項之檢查該矽物品之方法，其進一步包含用寬帶輻射輻照該矽晶片。
- 如申請專利範圍第4項之檢查該矽物品之方法，其中該寬帶輻射包含可見輻射。
- 如申請專利範圍第4項之檢查該矽物品之方法，其中該寬帶輻射包含紅外輻射。
- 如申請專利範圍第4項之檢查該矽物品之方法，其中該寬帶輻射包含以1200奈米為中心之一輻射窄帶。
- 如申請專利範圍第1項之檢查該矽物品之方法，其中過濾該經傳輸之輻射包含去除(remove)以1200奈米為中心之一輻射窄帶外的波長。
- 如申請專利範圍第1項之檢查該矽物品之方法，其中採集影像資料包含在一寬帶感測器陣列處接收該經過濾之輻射。
- 如申請專利範圍第9項之檢查該矽物品之方法，其中採集影像資料包含於在約800奈米與約1700奈米之間延伸之一波長帶內測量該經過濾之輻射。
- 如申請專利範圍第1項之檢查該矽物品之方法，其中重建該矽物品之該影像包含重建包括該矽晶片之一凹口(notch)之一影像。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含在界定於該矽物品內之該空隙、該表面連接裂紋、及該內部裂紋之間進行區分(distinguish)。
- 一種矽物品(silicon article)檢查設備，其包含：一照射器，該照射器經配置以用寬帶輻射照射一矽物品；一感測器陣列，該感測器陣列用以自由該照射器發射並由該矽物品傳輸之輻射生成影像資料；及一濾波器，該濾波器經設置於一檢查位置與該感測器陣列之間，該濾 波器經組態以允許以約1200奈米為中心之窄帶輻射穿過(pass through)該濾波器，其中該濾波器對1190奈米與1210奈米之間之一窄帶外的入射輻射係不透明的(opaque)。
- 如申請專利範圍第13項之矽物品檢查設備，其中該照射器包含一鹵素(halogen)燈，並且進一步包含一操作器(manipulator)，該操作器經配置以將該矽物品插入(insert)界定於該照射器與該感測器陣列之間之該檢查位置及自該檢查位置移除(remove)。
- 如申請專利範圍第13項之矽物品檢查設備，該濾波器經組態以允許窄帶輻射包括界定於一體矽層(bulk silicon layer)及一第一矽層與一第二矽層之間之一結合部(bond)內的一表面連接裂紋(crack)、一內部裂紋、及一空隙(void)中之一或多者之影像資料。
- 如申請專利範圍第13項之矽物品檢查設備，其中該感測器陣列於在900奈米與1700奈米之間延伸之一波長帶內具有高響應度(responsivity)。
- 一種矽物品(silicon article)檢查系統，其包含：如申請專利範圍第13項之一矽物品檢查設備；一控制模組，該控制模組操作性地連接至該矽物品檢查設備，其中該控制模組回應於記錄於一非暫時性機器可讀媒體(medium)上之指令而：用紅外輻射輻照一矽物品；透過該矽物品傳輸該紅外輻射之一部分；過濾透過該矽物品傳輸之該紅外輻射； 自該經過濾之紅外輻射採集(acquire)影像資料；使用自該經過濾之紅外輻射採集之該影像資料重建(reconstruct)該矽物品之一影像；並自該經重建之影像識別界定於該矽物品內之一或多種異常(anomaly)。
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